约翰·布洛克曼:天空为什么是蓝色的

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分类: 自由典藏 |

天空为什么是蓝色的
作者:约翰·布洛克曼
来源:《 文摘报 》2019年2月28日第7版
亚里士多德是第一个提问天空为什么是蓝色的人。在《论颜色》这篇文章中,他的回答是:空气近在眼前时呈现透明,但深邃天空看起来是蓝色的,就如同水浅时看起来很清澈,但水深时看起来是黑色一样。
牛顿通过提出天空为什么是蓝色的问题,以及通过具有开创性的折射实验,证明了白光可以分解成其组成的各种颜色,对回答这个问题做出了一番贡献。
1760年,数学家莱昂哈德·欧拉推测,光的波动论或许有助于解释天空为什么呈现蓝色。
在相当长的一段时间里,人们怀疑是空气中的某种事物改变了光,使其看上去呈现蓝色。最终,人们才意识到,是空气本身造成了这一结果。天空之所以呈现蓝色,是因为入射光与空气中的气体分子相互作用,从而使光谱中更多蓝色部分的光被散射,最终进入到在地球表面上生活的人类眼中。
1904年诺贝尔物理学奖获得者约翰·威廉·斯特拉特证明了,当光的波长与气体分子大小相等时,散射光的强度与其波长的4次方成反比。波长较短的蓝色和紫色光,比波长较长的光,会散射更多。所以看上去空气中所有分子都会发出蓝光。然而,天空看上去应该是紫色的才对,因为紫色光的散射比蓝色光还要多。但天空看起来不是紫色,原因就在于我们人类眼睛的设计方式:我们的肉眼对蓝光比对紫光更为敏感。
天空为什么呈现蓝色?对此的解释涉及了众多自然科学:可见光谱的颜色、光波的性质、阳光照射大气层的角度、散射的数学模式、氮和氧分子的大小,甚至是人类眼睛感知颜色的方式。