為什麼天空是藍色的？

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大氣本身是無色的。天空的藍色是大氣分子、冰晶、水滴等和陽光共同創作的圖景。

陽光進入大氣時，波長較長的色光，如紅光，透射力大，能透過大氣射向地面；而波長短的紫、藍、青色光，碰到大氣分子、冰晶、水滴等時，就很容易發生散射現象。被散射了的紫、藍、青色光布滿天空，就使天空呈現出一片蔚藍了。

首先你得明白一個道理：我們周圍的事物之所以顯現出顏色來，僅僅是因為陽光照射著它們。雖然陽光看上去是白色的，但是所有的顏色：赤、橙、黃、綠、青、藍、紫，在陽光裡都存在。

天空裡有這麼多顏色，為什麼我平時看到的只有藍色呢？你可能會問。

如果你把光線設想為波浪，你就會猜破這個謎了。光其實是像一個波浪那樣在運動的。我們來設想一下一滴雨落在一個水窪裡的情景。當這滴雨落到水面上時，就會產生小波浪，波浪一起一伏地變成更大的圈，向著四面八方擴展開去。如果這些波浪碰上一塊小石子或一個別的什麼障礙物，它們就會反彈回來，改變了波浪的方向。

而陽光從天空照射下來，一樣會連續不斷地碰到某些障礙。因為光所必須穿透的空氣並不是空的，它由很多很多微小的微粒組成。其中百分之九十九不是氮氣便是氧氣，其余則是別的氣體微粒和微小的漂浮微粒，來源於汽車的廢氣、工廠的煙霧、森林火災或者火山爆發出來的巖灰。雖然氧氣和氮氣微粒只是一滴雨水的一百萬分之一，但是它們也照樣能阻擋陽光的去路。光線從這些眾多的小“絆腳石”上彈回，自然也就改變了自己的方向。

可是那麼多顏色的光改變了方向，為什麼只有藍色被看到呢？你可能還是不明白。

我們還得回到剛才說的那個水窪裡。

水窪裡，小的波浪遇到小石子的話，水面便被搞得混亂不堪；但如果是一個“巨浪”，像你用手在水窪邊掀起的那種“巨浪”，它就有可能干脆從石頭上溢過去，並暢通無阻地到達水窪的對面邊緣。那麼，就像有大波浪和小波浪一樣，各種各樣顏色的光波也有不同的“波浪”，也就是波長：不過它們可不像水波的波浪，用肉眼是看不出它們的大小的，因為它們小得難以想像，只是一根頭發的一百分之一！得用很靈敏的測量儀表才可以精確地測定出來。

根據科學家的測定，藍色光和紫色光的波長比較短，相當於“小波浪”；橙色光和紅色光的波長比較長，相當於“大波浪”。當遇到空氣中的障礙物的時候，藍色光和紫色光因為翻不過去那些障礙，便被“散射”得到處都是，布滿整個天空—天空，就是這樣被“散射”成了藍色。

發現這種“散射”現象的科學家叫瑞利，他是在130年前發現的，他也是諾貝爾獎獲得者。

用“散射”現象，你就可以解釋下面這些天象了：

比如在你頭頂的天空是藍色的，可是在地平線—天地相接的地方，天空看上去卻幾乎是白色的。為什麼？就是因為陽光從地平線到你這個地方比起它直接從空中落下來，需要在空氣中走的路程要遠得多—而在一路上它所擦過的微粒子也自然就要多得多。這些大量的微粒子就這樣多次散射出光，所以它顯得白中透著淡藍。建議你做一個小實驗來驗證一下：拿一杯水，把它放在一個黑暗的背景裡，放進一滴牛奶，再拿一只手電筒照射杯子的一端，並靠近它，手電筒的光在水中即會顯現出淡藍色。如果你往水裡放進的牛奶越多，水就越白，因為光一再地受到這些眾多的牛奶微粒的散射，結果就是白色的。道理跟在地平線上空是白色的一樣。

太陽落山時的傍晚，天空不顯現藍色而顯現紅色，正在下落的太陽也變成暗紅色，也是一樣的道理。由於傍晚的光在照射到你這個地方的路上所遇到的眾多的微粒，使得陽光中的紫色的和藍色的部分往四面八方散射開去，僅留下一點點使你的肉眼看得見的橙紅色光線—因為它們的波長長、“波浪大”，翻過了路上的障礙。

不過，細心的你會發現，天穹在落日後也還會在一段時間內呈現深藍色。這也曾經是科學家們關心的一件怪事，不過幾個物理學家已經在50年前揭開了這個謎：導致黃昏時天空的藍色，是一種特別的物質。這種特別的物質在離地球表面20至30公裡的高空處聚集成厚厚的一個層面，叫臭氧層。這種氣體對正在下落的太陽光起到像顏色過濾器那樣的作用：它截獲太陽光中的黃色和橙色的部分，卻幾乎無阻攔地讓藍色的部分通過。當最後的少許光消失時，所有的顏色才消失在黑暗的夜色中。

臭氧不僅導致黃昏的藍色天空，還吞下一種你無法看見的特殊的光線：紫外線的光，或稱紫外線。你一定曾經聽說過，紫外線對所有的生物（當然也包括對你）有多麼危險。如果它在你的裸露的皮膚上照射得太長久，你就會得曬斑。臭氧層到處都有足夠的厚度能截獲盡可能多的紫外線：這對於我們這個星球上的全體生命來說，是極其重要的。

可惜，在今天，這個生命攸關的保護層在許多地方都已經變薄了，在南極上空甚至已經形成了一個大的空洞。而破壞臭氧的凶手就是“氟裡昂”—一種人們用來噴灑護發摩絲或用在冰箱和空調上制冷的物質。這是一種對臭氧層特別有害的物質，所以許多國家已經不再使用這種“臭氧殺手”了。

今天我們學到了為什麼我們眼中的天空是藍色的。其實從地球以外望過來也是一樣：覆蓋我們地球三分之二面積的海水也散發著藍光，陸地上雖然有土地的褐色或森林的綠色，然而上空卻總是藍色的—從宇宙中看來，整個地球都被裹著一塊輕柔的藍色面紗。從大氣層外看見過地球的天文學家報道過這一情況。

所以地球被稱做“藍色星球”是完全正確的。它那獨特的藍色，就是生命的顏色。

光的作用

水是無色透明的，含有鹽分子的海水也應是無色透明的。然而，當人們來到大海邊眺望大海時，見到的海水卻是藍色的。由此藝術家們給大海一個美麗的名字：藍色的大海。

海水為什麼會是藍色的呢？揭開這一奧秘的是印度著名的物理學家拉曼。1921年，拉曼在英國皇家科學學會上作了聲學與光學的研究報告乘船取道地中海回印度。一天，輪船在碧波萬頃的地中海航行，深藍的海面上躍動著魚鱗狀的光斑。這時，在船的甲板上，一個年輕的母親與她年幼的兒子的對話，引起了拉曼的極大關注。“媽媽，這個大海叫什麼名字？”“地中海。”“為什麼叫地中海？”“因為它處在歐亞大陸與非洲大陸之間呗。”“那它為什麼是藍色的呀？”對兒子提出的這一問題，對答如流的母親可被問住了。為了回答兒於的問題，這位年輕的母親只好求助於在她身旁傾聽他們母子對話的拉曼。研究光學的拉曼很自信地告訴那位小男孩說：“海水所以呈現藍色，是因為它反射了天空的顏色。天空是藍色的。”拉曼的這一解釋在當時是得到科學界認可的。

這一解釋出自英國物理學家瑞利勳爵。瑞利是一位以發現惰性氣體而聞名於世的大科學家，他曾用太陽光被大氣分子散射的理論解釋過天空為什麼是藍色，並由此推導出，海水的藍色是因為它反射了天空顏色的結果。拉曼回答了孩子的問題後告別了他們二人，走向甲板的另一方。但他不知是什麼原因，對自己的回答總有些疑慮，轉而耳邊又回響起那年幼的男孩的一連串的“為什麼”，內心又升起了幾分愧疚。作為一個知名的科學家，他突然發現自己在不知不覺中喪失了男孩那種在“已知”中去追尋“未知”的好奇心。失去好奇心對於一位科學家來說無疑是一種悲哀。自此，拉曼在成功面前開始了對自己的反省。

回到加爾各答後，拉曼開始認識到瑞利勳爵對海水色彩的解釋實驗證據不足，他立即著手重新研究海水為什麼呈藍色這一問題。他從光的散射與水分子的相互作用入手，根據愛因斯坦等人提出的漲落理論，著手實驗，發現了陽光穿過水、冰塊及其他材料時都會發生散射現象，並獲得了一些有關的數據，證明了水分子對光線的散射使海水呈現藍色的機理，與空氣中的水分子散射太陽光而使天空呈現藍色的機理完全一致。

在此研究成果的基礎上，拉曼進而又在固體、液體和氣體中分別發現了一種普遍存在的光散射效應。這一發現被科學界稱為“拉曼效應”。拉曼效應的發現，為20世紀初科學界最終接受光的粒子性學說提供了一個有力的證據。就是地中海輪船上那個年幼的男孩的提問，把拉曼領上了1930年的諾貝爾物理學獎的獎台，也使拉曼成為印度、同時也是亞洲歷史上第一個獲此殊榮的科學家。此後不久，前蘇聯的蘭茨貝格等人在晶體中也發現了這一效應，故該效應又稱為“聯合散射”。

（2）
人們常喜歡用藍色來形容海洋。其實海水的顏色，從深藍到碧綠，從微黃到棕紅，甚至還有白色的，黑色的，並非只是藍色。

原來，海水和普通水一樣，都是無色透明的，海洋色彩是由海水的光學性質和海水中所含的懸浮物質、海水的深度、雲層的特點及其他因素決定的。大家知道，太陽光由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成，這七種顏色的光，波長各不相同，從紅光到紫光，波長逐漸變短，長波的穿透能力最強，最容易被水分子吸收，短波的穿透能力弱，容易發生反射和散射。海水對不同波長的光的吸收、反射和散射的程度也不同。光波較長的紅光、橙光、黃光，射人海水後，隨海洋深度的增加逐漸被吸收了。一般說來，在水深超過100米的海洋裡，這三種波長的光大部分能被海水吸收，並且還能提高海水的溫度。而波長較短的藍光和紫光遇到較純淨的海水分子時就會發生強烈的散射和反射，於是人們所見到的海洋就呈現一片蔚藍色或深藍色了。近岸的海水因懸浮物質增多，顆粒較大，對綠光吸收較弱，散射較強，所以多呈淺藍色或綠色。

紫光的波長最短，反射最強烈，為什麼海水不呈紫色呢？科學實驗證明，原來人的眼睛是有一定偏見的，人的眼睛對紫光的感受能力很弱，所以對海水反射的紫色很不敏感，因此視而不見，相反，人的眼睛對藍、綠光卻比較敏感。

海洋絕大多數是藍色的，如果海水中懸浮物質比較多，或者其他原因的影響，大海的顏色就不再是藍色的了。如我國的黃海，它是古代黃河的入海口，黃河夾帶的大量泥沙流入海中，把藍色的海水“染黃”了。雖然現在的黃河改向渤海傾瀉，但黃海北面經渤海海峽與渤海相通，加上它要承受淮河、灌河等河流注入的河水，所以海面仍然呈現淺黃的顏色。

在印度洋西北部，亞、非兩洲之間的紅海是世界上水溫最高的海，海裡生長著一種紅褐色的海藻，由於這種海藻終年大量繁生，把海面染成一片紅色，紅海因此而得名。

太平洋東北部的加利福尼亞灣，南部有血紅色的海藻群棲，北部有科羅拉多河在雨季時帶來的大量紅土，海水呈現一片紅褐色，被稱為朱海。

白海是北冰洋的邊緣海，它深人俄羅斯西北部內陸，北極圈穿過白海。白海由於所處緯度高，氣候嚴寒，終年冰雪茫茫，加之白海有機物含量少，海水呈現一片白色，故名“白海”。

黑海表面有頓河、第聶伯河、多鵝河等淡水注入，密度較小；黑海的深層是來自地中海的高鹽水，密度較大。上下海水之間形成了密度飛躍層，嚴重阻礙了上下水層的水交換。黑海通過博斯普魯斯海峽和達達尼爾海峽與地中海進行水交換。由於海峽又窄又淺，大大限制了黑海與地中海的水交換，所以黑海深層缺乏氧氣，上層海水中生物分泌的穢物和死亡後的屍體沉至深處腐爛發臭，大量的污泥濁水，使海洋變黑了。加之黑海地區經常陰雨如晦，風暴逞凶，就更增加了黑的感覺。

赤潮也可使海水顏色出現異常。赤潮是一種由於局部海區的浮游生物突發性地急劇繁殖並聚集在一起的現象。赤潮的顏色是多種多樣的，這主要看引起赤潮的海洋浮游生物是什麼種類。由夜光蟲引起的赤潮呈粉紅色或磚紅色，由某些雙鞭毛藻引起的赤潮呈綠色或褐色，某些硅藻赤潮則呈黃褐色或紅褐色。

另外，由於太陽時而隱沒在雲層之中，時而透過雲層放出光芒，海洋的顏色也就隨之發生變化。海洋的顏色還取決於太陽離地平線的高度。

（3）
有兩個成語是“海天一色”、“青山綠水”，但為什麼海水通常是藍色的，而湖水是綠色的（同樣的深度）？是下面的原因嗎？

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