藍色的天空

上圖拍攝於台中市大安區濱海自行車道。(↑)

 天空為什麼是藍色的?晴朗的天空是蔚藍色,這並不是因為大氣本身是藍色的,也不是大氣中含有藍色的物質,而是由於大氣分子和懸浮在大氣中的微小粒子對太陽光散射的結果。

 由於介質的不均勻性,使得光偏離原來傳播方向而向側方散射開,此現象稱為介質對光的散射。細微質點的散射遵循瑞利定律:散射光強度與波長的四次方成反比。當太陽光通過大氣時,波長較短的紫、藍、青色光最容易被散射,而波長較長的紅、橙、黃色光散射得較弱,由於這種綜合效應,天空因此呈現出蔚藍色。(備註:瑞利定律是物理學用來描述光譜熱輻射(通常稱為黑體輻射)的定律。)

 

為什麼早晨和黃昏的天空是紅色的?

 

早晨和黃昏的天空是紅色

上圖拍攝於台中市大安區濱海的夕陽。(↑)

 旭日和夕陽的天空為什麼是紅色的?早晨和傍晚的陽光通過厚厚的大氣層,這時紫光和藍光被強烈散射,到達地平線時,已剩下無幾,餘下的只是波長較長的黃、橙、紅光。

 所以旭日和黃昏的天空是紅色的。這些色光再經地平線上空的大氣分子、塵埃、水滴等雜質散射,就使得那裡天空呈現出絢麗的彩色,如果有雲,它會把光線反射回來,雲塊上就會染上彩色,因此就會出現五彩繽紛朝霞和晚霞。(資料取自學術知識服務網

 

 

 

 

海水為什麼是藍色的?其實海水僅反射天空的光線!

 

海水為什麼是藍色的

上圖是2015年我去張家界旅遊,從飛機窗口拍攝大海的圖片。(↑)

 為甚麼海水是藍色呢?這是因為海水對不同波長的光有不同的散射與吸收效果。當陽光照到海面時,海水會吸收紅光至黃光,散射藍光,因此海洋呈現藍色。

 對海水的藍色呈色提出懷疑,並發現其中重大原理的是印度物理學家 C. V. Raman,而他也因為拉曼效應(Raman effect)而得到 1930年諾貝爾物理獎,開闢了人們認識物質結構的新途徑。

 他認識到:天空的顏色是大氣分子本身對太陽光線散射的一種分子散射效應,然而他對 Rayleigh 提出深海的藍色並不是海水的顏色,只不過是天空藍色被海水反射所致的解釋感到懷疑。因此他經過一系列實驗後發現海水光譜的最大值比天空光譜的最大值更偏藍。所以海水的藍色也應是水分子對太陽光線的一種分子散射效應。(資料取自科技大觀園

海水為什麼是藍色的

上圖拍攝於苗栗縣三義鄉的鯉魚潭。(↑)

 看第一段『科技大觀園』的解釋會讓人感覺霧煞煞?我們來看最下方的影帶,父親告訴孩子海為什麼是藍色的解釋:第一種解釋是天空先有藍色,所以海面受天空的影響,才會讓人看到海面的藍色。而第二種解釋方法是指海面先有藍色,天空受到海面藍色的影響,人類才會看到天空是藍色。而海水越深,被散射和反射的藍光就越多,所以大海看上去全都是是碧藍的。

 到底是天空本來就呈現藍色,還是海洋本身就呈現藍色的?下支『三立新聞網 Fun科學』影帶給我們的答案是:天空本身就是藍色的,而海洋僅僅是反射天空的光線,所以才呈現藍色。而海水越深時,被散射和反射的藍光就會越多,因此大海看上去就會全都是碧藍色。

傍晚的黑色海水

上圖是2016年我從八里搭船前往淡水老街的海上景色,

當天空烏雲密布時,海水就會反射天空的黑雲而呈現一片墨黑色。(↑)

傍晚的黑色海水

上圖拍攝於台中市大安區的大安漁港。(↑)

所以海水僅反射天空的光線而已,當天空一片金黃時,海水也會呈現金黃色。

 

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