当日出和日没的时候由于太阳光线斜射过来的穿过大气层结构图光线大量散射用语言概括

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《落日的幻觉》阅读答案
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①人们都喜欢观赏日出,无不赞叹升起时的壮观景象。而对日落,却很少有人去流连观赏、吟咏描绘。原因何在?恐怕是一种感慨的影响,&日薄西山,气息奄奄&。就连我们的古人不也留下&_________________&的诗句吗?   
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为什么日落的时候天空是红色的
是由于空气对太阳光散射造成的。太阳光是广谱的,包含红外线、可见光、紫外线。它的能量集中于以黄色光为中心的可见光。可见光又可分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色。这些不同颜色的光线合在一起在我们的眼中产生了白色的视觉。所以太阳光的本色是白色。空气对穿过它的光线有散射作用。通过空气的光线会有一部分偏离原来的运动方向而离开了原来的光束,且光的波长越短(波长短的光对应于偏蓝的光,波长长的光对应于偏红的光)散射作用越大。太阳光穿过空气时偏蓝的光散射的多,偏红的光散射的少。这就是为什么天空是蓝色的原因。同时,这也是日出或日落时太阳为红色或橙黄色的原因。有人会问,紫光的波长比蓝光的波长更短,天空为什么是蓝的而不是紫的?虽然说光的波长越短,被散射的越多。但是被散射的光线里还是各种波长的都有。就是说散射的光线里包含红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色。这些光线综合在一起,在我们的眼中形成了天蓝色的视觉。
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由于地球有大气包围着,就使地球上空形成一个类似凸透镜的球面。当日落的时侯,对我们而言太阳的光线正好落在凸透镜球面的斜面上,斜面就像三棱镜,由于红光波最长,所以大部分红光通过凸透镜斜面的上面,使日落的天空是红色的。其它波长产生的光,便在西边一万公里地面上空的球面上,产生和我们中午时分一样灿烂的阳光。
在傍晚时由于太阳快要下山了,对于一座城市,阳光的照射比较斜,(中午的时太阳在正中间,直直的射下来,路程较短)穿过的大气层较厚(比中午穿的厚)所以大气层对太阳光的削弱能力较大,(太阳光是由赤橙黄绿蓝靛紫组成)按穿透能力的强弱,就把后面的全就削弱了,剩下了红色和黄色,,所以看到的就成了红色
下午日落,太阳已经落到地平线以下,光线通过折射,红光波长短,频率高,所以折射角较大,你会看见红光。白天就简单了,我个人理解是阳光照在海面,经过海水反射到大气层,在经过大气层的层层反射,你眼中看见的是海水的颜色!
下午日落,太阳已经落到地平线以下,光线通过折射,红光波长短,频率高,所以折射角较大,你会看见红光。白天就简单了,我个人理解是阳光照在海面,经过海水反射到大气层,在经过大气层的层层反射,你眼中看见的是海水的颜色!嘿嘿!解释的不错吧
那你能不能给我不是我个人理解答案?
为什么???????????
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出门在外也不愁拉曼与散射光
今天是拉曼,也称钱德拉塞卡拉·文卡塔·喇曼(Chandrasekhata Venkata Raman)爵士的124岁诞辰。
日至25日,在北京召开了第17届国际拉曼光谱会议2000, The 17&
International Conference on Raman Spectroscopy, Beijing(简称ICORS
2000)。美国密苏里-堪萨斯城市大学的J. A. During教授和香港技术大学尤乃亭教授是国际拉曼光谱指导委员会前主席。
近代中国人对世界科学发展作出历史性的杰出贡献的领域并不多,但是拉曼光谱学是一个例外。因为,世界上第一本全面总结拉曼光谱学研究成果的著作是吴大猷先生在1939年出版的专著“多原子分子的振动光谱和结构”;世界上第一本有关声子物理和拉曼散射理论的专著是1954年出版的由波恩和黄昆合著的晶格动力学理论”。这两本书至今仍在被人们经常引用,有的科学家还把黄昆先生的书喻为“圣经”。
近十多年,中国科学家在低维体系拉曼光谱学的研究方面又作出了有世界影响的贡献,例如,半导体超晶格拉曼光谱的正确的微观理论和多数声子模都是由中国学者提出和最早观察到的。此外,中国还有被国际同行称为在世界上组织得最好的研究队伍。因此,ICORS
2000在中国召开是当之无愧的。
当时的学术顾问委员会
名誉主席:吴大猷 台北中研院前院长
D.A.Long 英国Bradford大学教授、ICORS创会主席
主  席:黄 昆 院士、中科院半导体所名誉所长
副 主 席:吴征铠 院士、中国光谱学会前主席
S.A.Asher 美国匹茨堡大学化学系主任、ICORS执委会主席
M.Cardona IUPAP半导体分会主席、德国马普固体所所长
J.R.During 美国密苏里大学(堪萨斯)理学院长、ICORS前主席
&&&&&&&&&&W.Kiefer 德国乌茨堡大学化物所所长、ICORS前主席
M.V.Klein 美国超导科学和技术中心主任
N-T.Yu 香港科技大学化学系系主任、ICORS前主席&&&
在蛋白质和核酸的拉曼测定方面,权威的著作是:Tu Anthony T., Raman
spectroscopy in the biology principles and applications, New York,
John Wiley and Sons Inc, 1982。
在蛋白质和核酸的拉曼测定方面,权威的专家是Thomas G. J., Jr. ,Benevides J.M.,T. G.
Spiro,Tsuboi M.等人。
光其实是电磁波中的很小一部分,一般意义上就是我们肉眼能看到的电磁波的波段(也称可见光),科学上定义在390nm -
780nm,但是人眼能看到的范围在312nm -
1050nm甚至更广。在这个范围内,人们依次能看到紫、蓝、青、绿、黄、红等颜色。这些颜色的分布是不均匀的,红、绿、蓝所占有的波段范围比较大;相反,黄、青、紫所占有的波段范围就比较小,但是黄色的所占有的波段范围又比青、紫略大。
不仅如此,人眼对各个颜色的敏感程度也不一样,其中以对绿色的光最为敏感,这也是绿色被做为信号灯标准色的原因,当人在千米之外已经看不到红灯和蓝灯时依然能辨别出绿灯。图比较直观地概括了这些现象。
从波的理论来理解光,并非是想把它从艺术性中抽离出来,而是要靠以上的光波理论来解释许多现象,好比蓝天为什么是蓝色,而朝霞为什么是红色,这对于光的运用与实践是相当有帮助的。不仅如此,它还能帮助我们解决其他问题。在专业术语中,有三个参数叫Contract
Threshold R/Contract Threshold G/Contract Threshold B
,这三个值的优化比例应该为2:1.5:4,因为人眼对红/绿/蓝的敏感程度大致为3:4:1.5(1/2:1/1.5:1/4),所以我们渲染出的图象的蓝色通道质量,不必像绿色通道质量那么高,人眼很难发觉其中的差别。
太阳光的衍生光包括天空对太阳光的散射、漫反射,月亮光以及三者的在环境中的反射和折射,可能这样的定义有一点绕口,总而言之本文中所指的自然光最终来源都是太阳。
“日出江花红胜火”是白居易描写日出江面的一句词,这句词中的“江花”的解释一直都有争议。大部分人支持“江边的花”这一解释,但是也有认为“江花”应该解释为“浪花”,且看下图。
日出时,太阳“染红”了整个东方,太阳光斜射到海面,由于菲涅尔(Fresnel)效应造成强烈的反射,致使海面也呈现出热烈的红色。从某种意义上说,整个环境呈现出壮丽的红色,比江边的小花泛红更能体现出日出的意境,所以支持后一种观点。
那么,为何日出时东方会呈现出红色呢?许多人都会脱口而出:“色温低!”但是从更理性一些的角度思考,色温并不能从根本上解释这个问题。色温概念并非本文重点,不做详细描述。
其实,光的散色能力因光的波长不同而不同,波长越短,散射能力越强,越容易被散开。通过上一节的介绍,我们已经知道,蓝光的波长比红光短,所以蓝光在特定环境下的散射能力比红光强。如下图,日出的时候,阳光斜射地面,阳光需要穿过很厚的大气层,蓝光由于散射能力很强,所以在到达地面之前就已经被散射光了,我们只能看到蓝光在天顶和西方的散射。
光在传播过程中,会不断遇到障碍物,当障碍物比可见光的波长大很多时并且不均匀时,光就被弹向四方,就像雨滴打在地面上一样,这个现象叫光的漫射;
但当障碍物的大小和波长差不多的时候,障碍物会有选择性得透光光线,而使得另一些光的传播方向发生偏转,就好像三棱镜能让光散开一样,这个现象叫光的散射。
尽管黄昏/薄暮时段光线的变化很多,但是从总体上说,可以分为两类,一类光线出现在太阳落下地平线以前,我们称之为黄昏,另一类光线出现在太阳落下地平线以后,我们称之为薄暮,其它各个时段的光线更多的是在这两种光线基础上的过渡和变化。
在黄昏的阶段,太阳呈现出橙红色,而且越接近地平线时越红。这个现象和日出时的别无二致,在接近天顶方向,阳光穿过低层大气较少,呈现出蓝散射光与低层大气散射的红光“重叠”进入人的眼睛,就会看到显示紫色的天空。此刻地表和大气经过了一整天阳光的照射,温度都相对较高,由于布朗运动的缘故,大气中小分子漂浮物比较多,所以天空的散射和漫反射都比较强。我们可以参考下图,处在这样光线下的物体的暗部很透,这也是黄昏光线和破晓光线的最大的区别。
薄暮是黄昏的一种延续,我们有时也称这个时候的光线为染山霞,我们所熟悉的《指环王》中有许多镜头为我们演绎了这个时候的光线。太阳已经下了地平线,不存在阳光对地面的直射,但是阳光仍然能照射到西方的天空,形成红色的散射光,但由于强度小了很多,和高层大气产生的蓝散射光“混合”,便产生了十分美丽的品红色的霞光。
但是,这种现象也不是绝对的,只有当空气中水分含量比较少时,才能产生染山霞。如果空气中水分含量比较多时,光线会在其中产生各种难以预测的散射,有时甚至会得到绿色的散射光。
不仅如此,由于薄暮时的光线不再含有太阳的直射光,所以此时的光线在物体表面多次反射或折射后,人眼便不一定再能感觉到。一个直观的现象是,这是时段中,高级写字楼上的玻璃对环境仍然较强的反射,但是树木(表面粗糙)的光感便不再那么强烈了。
天穹在落日后也还会在一段时间内呈现深蓝色。这也曾经是科学家们关心的一件怪事,不过几个物理学家已经在50年前揭开了这个谜:导致黄昏时天空的蓝色,是一种特别的物质。这种特别的物质在离地球表面20至30公里的高空处聚集成厚厚的一个层面,叫臭氧层。这种气体对正在下落的太阳光起到像颜色过滤器那样的作用:它截获太阳光中的黄色和橙色的部分,却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过。当最后的少许光消失时,所有的颜色才消失在黑暗的夜色中。
天空为什么是蓝色的?这并不是一个充满童稚的问题,直到1871年,瑞利(Lord John William Strutt
Rayleigh 04年获得诺贝尔物理学奖)提出的瑞利散射理论才圆满得解释了这个问题。
白天的时候太阳照射地球表面,太阳光在穿过大气层时,各种波长的光都要受到空气的散射,其中波长较长的波散射较小,大部分传播到地面上,这些光综合起来呈现出黄色。而波长较短的蓝、绿光,受到空气散射较强,天空中的蓝色正是这些散射光的颜色,因此天空会呈现蓝色,就如下图所描述的那样。
平日里,我们看到大海所呈现出的蓝色也是因为散射造成的,但曾经在很长一段时间里,包括瑞利在内的许多人都认为大海的蓝色是因为反射了天空的散射光所造成的。
1921年,拉曼(Sir Chandrasekhara Venkata Raman,
30年获得诺贝尔物理学奖)在海上旅途中的发现,让我们了解了真相,它从布儒斯特角观察海面并用尼科尔棱镜过滤掉了S光,从而看到不受蓝天影响的大海,这样的大海呈现出一种与平日相比更深沉的蓝色,这就是光在水中散射的结果。
同样是白天,阴天和晴天又有所不同。阴天的云层很厚,而且大颗粒物较多,少量阳光照射到云层上发生丁达尔散射(白光散射后仍然是白光),大量阳光遇到云层后直接漫射开来,整个天空就像是一块大的柔光布,所以阴天的自然光很少有颜色上的倾向而显现出灰白色。
C&V&拉曼(Sir Chandrasekhara Venkata Raman,)又译喇曼,印度物理学家。
拉曼对印度现代科学的影响力,可以与泰戈尔对印度现代文学的影响力相媲美。
拉曼日出生于印度南部马德拉斯的特里奇诺波利(Trichipoly)。父亲是一位大学(兴都学院)数学和物理教授,自幼对他进行科学启蒙教育,培养他对音乐和乐器的爱好。他天资聪颖,16岁就以第一名从大学毕业,19岁又以优异成绩获马德拉斯大学硕士学位。1906年,他仅18岁,就在英国著名科学杂志《自然》发表了论文,是关于光的衍射效应的。
但是由于生病,拉曼失去了去英国某著名大学做博士的机会。在当时的印度,如果没有取得英国的博士学位,就没有资格在科学文化界任职,但会计行业是唯一的例外,不需先到英国受训。于是拉曼就投考财政部以谋求职业,结果获得第一名,被授予总会计助理的职务。  
拉曼在财政部工作很出色,但他并不想沉浸在官场之中,他念念不忘自己的科学目标,把业余时间全部用于继续研究声学和乐器理论。加尔各答有一所学术机构,叫印度科学教育协会,里面有实验室,拉曼就在那里开展他的声学和光学研究。经过十年的努力,拉曼在没有高级科研人员指导的条件下,靠自己的努力作出了一系列成果,发表了多篇论文。
喇曼教授在振动与声学、乐器、超声学、衍射、气象以及胶体光学、光电学、
X射线衍射、磁学、喇曼光谱学等领域都作出重要的贡献。早期他从事光学和声学方面的研究,其著作论述了振动的持续性以及小提琴之类的乐器理论。在声学方面,他是最大的权威之一。然而,他的巨大发现却是光散射的新效应。
1917年加尔各答大学破例邀请他担任帕历特(T·Palit)讲座物理学教授,使他从此能专心致力于科学研究。
1921年,拉曼代表印度当时的最高学府——加尔各答大学到牛津参加英联邦大学会议,并应邀在英国皇家学会发表演讲,专门作了声学与光学研究的报告。这年他才33岁。会议完后,他乘船取道地中海回国。在甲板上漫步的人群中,一对印度母子的对话引起了拉曼的注意。“妈妈,这个大海叫什么名字?”“地中海!”“为什么叫地中海?”“因为它夹在欧亚大陆和非洲大陆之间。”“那它为什么是蓝色的?”年轻的母亲一时语塞。拉曼转过身告诉男孩:“海水所以呈现蓝色,是因为海水反射了天空的颜色所致。”
当时,几乎所有的人都认同这一解释。拉曼早在16岁时,就已知道著名物理学家瑞利的分子散射实验和散射光强与波长四次方成反比的定律(也叫瑞利定律)对蔚蓝色天空所作的解释。
但不知为什么,在告别了那一对母子之后,拉曼总对自己的解释心存疑惑,那个充满好奇心的稚音,那双求知的大眼睛,那些源源涌现出来的“为什么”使拉曼深感愧疚。  
拉曼回到加尔各答后,立即着手研究海水为什么是蓝的。他设法消去来自天空的蓝光,这样看到的光应该就是海水自身的颜色。实验结果证明,由此看到的颜色比天空的蓝色更深。他又用光栅分析海水的颜色,发现海水光谱的最大值比天空光谱的最大值更偏蓝。
可见,海水的颜色并非由天空颜色引起的,而是海水本身的一种性质。
拉曼认为这一定是起因于水分子对光的散射。他将这一结果写成了“海水的颜色”的论文,发表在伦敦的科学杂志上。
另一个传说,是说1921年夏天,航行在地中海的客轮“纳昆达”号(S.S.Narkunda)上,有一位印度学者正在甲板上用简便的光学仪器俯身对海面进行观测。他对海水的深蓝色着了迷,一心要追究海水颜色的来源。这位印度学者就是拉曼。他正在去英国的途中,是代表了印度的最高学府——加尔各答大学,到牛津参加英联邦的大学会议,还准备去英国皇家学会发表演讲。这时他才33岁。对拉曼来说,海水的蓝色并没有什么稀罕。他上学的马德拉斯大学,面对本加尔(Bengal)海湾,每天都可以看到海湾里变幻的海水色彩。事实上,他早在16岁(1904年)时,就已熟悉著名物理学家瑞利用分子散射中散射光强与波长四次方成反比的定律(也叫瑞利定律)对蔚蓝色天空所作的解释。不知道是由于从小就养成的对自然奥秘刨根问底的个性,还是由于研究光散射问题时查阅文献中的深入思考,他注意到瑞利的一段话值得商榷,瑞利说:“深海的蓝色并不是海水的颜色,只不过是天空蓝色被海水反射所致。”瑞利对海水蓝色的论述一直是拉曼关心的问题。他决心进行实地考察。
于是,拉曼在启程去英国时,行装里准备了一套实验装置:几个尼科尔棱镜、小望远镜、狭缝,甚至还有一片光栅。望远镜两头装上尼科尔棱镜当起偏器和检偏器,随时都可以进行实验。他用尼科尔棱镜观察沿布儒斯特角从海面反射的光线,即可消去来自天空的蓝光。这样看到的光应该就是海水自身的颜色。结果证明,由此看到的是比天空还更深的蓝色。他又用光栅分析海水的颜色,发现海水光谱的最大值比天空光谱的最大值更偏蓝。可见,海水的颜色并非由天空颜色引起的,而是海水本身的一种性质。
拉曼认为这一定是起因于水分子对光的散射。他在回程的轮船上写了两篇论文,讨论这一现象,论文在中途停靠时先后寄往英国,发表在伦敦的两家杂志上。
拉曼返回印度后,立即在科学教育协会开展一系列的实验和理论研究,探索各种透明媒质中光散射的规律。许多人参加了这些研究。这些人大多是学校的教师,他们在休假日来到科学教育协会,和拉曼一起或在拉曼的指导下进行光散射或其它实验,对拉曼的研究发挥了积极作用。
七年间他们共发表了大约五六十篇论文。他们先是考察各种媒质分子散射时所遵循的规律,选取不同的分子结构、不同的物态、不同的压强和温度,甚至在临界点发生相变时进行散射实验。
1922年,拉曼写了一本小册子总结了这项研究,题名《光的分子衍射》,书中系统地说明了自己的看法。在最后一章中,他提到用量子理论分析散射现象,认为进一步实验有可能鉴别经典电磁理论和光量子。
1922年,喇曼在加尔各答大学获得科学博士学位,并于1929年获得西德弗赖堡大学荣誉哲学博士学位,同年被封为爵士。  
1923年4月,他的学生拉玛纳桑(K.R.
Ramanathan)第一次观察到了光散射中颜色改变的现象。实验是以太阳作光源,经紫色滤光片后照射盛有纯水或纯酒精的烧瓶,然后从侧面观察,却出乎意料地观察到了很弱的绿色成份。拉玛纳桑不理解这一现象,把它看成是由于杂质造成的二次辐射,和荧光类似。因此,他在论文中称为“弱荧光”。
后来,拉曼的另一名学生克利希南(K.S.
Krishnan)也观测到了经过提纯的65种液体的散射光,证明都有类似的“弱荧光”,而且他还发现,改变了颜色的散射光是部分偏振的。众所周知,荧光是一种自然光,不具偏振性。由此证明,这种波长变化的现象不是荧光效应。  
拉曼对二位学生的发现试图寻找理论上的解释。1924年拉曼到美国访问,在美国加利福尼亚理工学院担任副研究员。了解到不久前A.H.康普顿发现X射线经过散射后波长变长的效应,而怀疑者正在挑起一场争论。拉曼显然从康普顿的发现得到了重要启示,认为他学生的发现就是“康普顿效应的光学对应”。但是由于自然光的散射太弱了,很容易被误认为是实验条件造成的误差。  
日,拉曼找到了产生强散射的光源和溶液,他用水银灯照射苯液体,从目测分光镜看散射光,看到在蓝光和绿光的区域里,有两根以上的尖锐亮线。每一条入射谱线都有相应的散射线。他观察到,每条原始入射谱线(频率为v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i=1,2,3,…)的谱线,长波一侧的谱线称红伴线,短波一侧的谱线称紫伴线;频率差vi与入射光频率v0无关,而由散射物质的性质决定,每种散射物质都有自己特定的频率差,而这一散射特性可以用来鉴定被观察物质的成分。  
拉曼发现的散射效应立刻传遍了世界,引起了强烈反响,许多实验室相继重复,证实并发展了他的结果。仅1928年,关于拉曼效应的论文就发表了57篇之多。
科学界对他的发现给予很高的评价。由于拉曼散射对于不同的物质具有不同的特征光谱,因此可以通过光谱进行定性分析。
而且,根据物质对光谱的吸光度的特点,其散射信号强度与待测物质的浓度成正比,通过光谱可以进行物质的定量分析。因此,拉曼光谱广泛应用于气体、液体、固体的成分分析当中,成为最广泛应用的光学分析仪器之一。
在拉曼和他的合作者宣布发现这一效应之后几个月,苏联的兰兹伯格(G.Landsberg)和曼德尔斯坦(L.Mandelstam)也独立地发现了这一效应,他们称之为联合散射。
由于拉曼散射的巨大科学意义和广泛的应用前景,短短的两年之后,1930年,诺贝尔物理学奖就授予了印度加尔各答大学的拉曼,以表彰他研究光的散射和发现了以他的名字命名的散射定律。英国皇家学会正式称之为“20年代实验物理学中最卓越的三四个发现之一”。
1930年,美国光谱学家武德(R.W.Wood)对频率变低的变散射线取名为斯托克斯线;频率变高的为反斯托克斯线。  
拉曼是印度人民的骄傲,也为第三世界的科学家作出了榜样,他大半生处于独立前的印度,竟取得了如此骄人的成就,实在令人钦佩。特别是拉曼是印度国内培养的科学家,他一直立足于印度国内,发愤图强,艰苦创业,建立了有特色的科学研究中心,走到了世界的前列。
许多人在他的榜样和成就的激励下,走上了科学研究的道路。其中有著名的物理学家沙哈(M.N. Saha)和玻色(S.N.
Bose)。这时,加尔各答正在形成印度的科学研究中心,加尔各答大学和拉曼小组在这里面成了众望所归的核心。  
1934年,拉曼和其他学者一起创建了印度科学院,并任第一任院长。1947年,又创建拉曼研究所。他在发展印度的科学事业上立下了丰功伟绩。  
拉曼爱好音乐,也很爱鲜花异石。他研究金刚石的结构,耗去了他所得奖金的大部分。晚年致力于对花卉进行光谱分析。在他80寿辰时,出版了他的专集:《视觉生理学》。拉曼喜爱玫瑰胜于一切,他拥有一座玫瑰花园。
拉曼1970年逝世,享年82岁,按照他生前的意愿火葬于他的玫瑰花园里。
1919年以来,他是印度科学培养协会的荣誉秘书。1924年,喇曼被选为伦敦皇家学会会员,1924年当上印度科学议会会长,1926年,他创办并编辑印度物理学杂志。1933年成为印度班加罗尔科学研究所所长等职。1934年以后,他担任印度科学院院长。他是爱尔兰科学院、匈牙利科学院和法国科学院的院士,并且也是苏黎世物理学会、印度数学与化学学会、美国光学学会的会员。
1928年,喇曼由于他的辐射效应而获得意大利科学协会的马特细(Matteucci)奖章。193O年度诺贝尔物理学奖金授予喇曼爵士,这是由于他发现了元素的特征伦琴辐射。他慷慨地捐献了四万美元的诺贝尔奖金用于购买金刚石作为实验室研究之用。
喇曼的主要科学论著有Raman C. V., Nature, 1928,
121-721、《关于振动的实验研究》、《乐器理论》、《光的分子衍射》以及《 X射线的研究》等。
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天空为什么是蓝色的?
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这是因为太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的。这七种颜色的光波长是不一样的。大气中的尘埃以及其他微粒散射蓝光的能力大于散射其他波长较长的光子的能力,因此天空显现出蓝色。
大气对光线的散射主要有两种:丁达尔散射和瑞利散射。其中尘埃、水雾等能在空气中形成胶体的微粒对光的散射属于丁达尔散射,丁达尔散射的特点是散射光的强度与光波波长无关,因此白光散射后仍然是白光,在地平线附近看到的白蒙蒙一片就是丁达尔散射现象。
还有一种是瑞利散射,是由极小微粒(分子、原子等)产生的散射,其散射光强度与光波波长的四次方成反比,已知可见光的波长范围是400nm(蓝紫光)到700nm(红光),红光端波长是蓝紫光波长的1.75倍,因此蓝紫光散射强度接近红光散射强度的十倍,又因为人眼对紫光不太敏感,所我们看到的天空就是蓝色的。
大气本身是无色的。天空的蓝色是大气分子、冰晶、水滴等和阳光共同创作的图景。
阳光进入大气时,波长较长的色光,如红光,透射力大,能透过大气射向地面;而波长短的紫、蓝、青色光,碰到大气分子、冰晶、水滴等时,就很容易发生散射现象。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空,就使天空呈现出一片蔚蓝了。
根据瑞利的理论,当光波波长减少时,散射的程度急剧加强。所以光波波长最短的紫色光应该散射最强,靛青、蓝色和绿色的光散射要少得多。那么为什么我们看见的是蓝天,而不是紫色和靛色的天空呢?原来当散射光穿过空气时,吸收使它丧失了许多能量,波长很短的紫光和靛光虽然在穿过空气时,散射很强烈,但同时它们也被空气强烈地吸收,阳光到达地面时,所剩的紫色和靛色的散射并不多。我们所目睹的天空颜色是光谱中蓝色附近颜色的混合色,它们呈现出来的就是——蔚蓝天空的颜色。
天空本是没有颜色的,由于太阳光的色散,它有了色彩。而这也是夜晚的天空为什么看起来是黑的原因。到了夜晚,太阳光照不到这一半地球的天空,没有了强烈的阳光,天空就没有了色彩,有的,只是黑色。方时的壮丽景象是任何一位艺术家都难以描绘的。但是很少有人知道,我们目睹的大部分颜色是污染造成的。城市的落日和空气清新的乡村落日是不同的。
在非常洁净、未受污染的大气中,落日的颜色特点鲜明。太阳是灿烂的黄色,同时邻近的天空呈现出橙色和黄色。当落日缓缓地消失在地平线下面时,天空的颜色逐渐从橙色变为蓝色。即使太阳消失以后,贴近地平线的云层仍会继续反射着太阳的光芒。因为天空的蓝色和云层反射的红色太阳光融合在一起,所以较高天空中的薄云呈现出红紫色。几分钟后,天空充满了淡淡的蓝色,它的颜色逐渐加深,向高空延展。但在一个高度工业化的区域,当污染物以微粒的形式悬浮在空中时,天空的颜色就截然不同了。圆圆的太阳呈现出桔红色,同时天空一片暗红。红色明暗的不同反映着污染物的厚度。有时落日以后,两边的天空出现两道宽宽的颜色,地平线附近是暗红色的,而它的上方是暗蓝色。当污染格外严重时,太阳看上去就像一只暗红色的圆盘。甚至在它达到地平线之前,它的颜色就会逐渐褪去。
为什么在洁净的空气中太阳呈现出黄色,同时天空呈现出蓝色呢?在19世纪末期,英国物理学家瑞利在1871年首先对此作出了解释。在地球表面的人是透过经空气散射的太阳光来看天空的。在洁净的、未受污染的大气中,大部分的散射是空气中的分子(主要是氧和氮分子)引起的,这些分子的大小比可见光的波长要小得多。瑞利理论指出,散射光强和波长的四次方成反比(I∝1/λ4),在这种情况下,散射主要影响波长较短的光。因为蓝色位于光谱的后面,所以天空本身呈现出蓝色。太阳光直接穿透空气,在散射过程中它失去许多蓝色,所以太阳本身呈现出灿烂的黄色。
除了散射外,太阳光还被空气中的臭氧分子和水蒸气所吸收。因为空气层散射和吸收的共同作用,最终到达地面的太阳光消耗了许多能量。正因为早晨和傍晚,太阳光经过空气的路程长,能量损失过多,所以我们可以欣赏壮丽日出和美丽的日落景色。而在白天,阳光在大气中经过的路程短,它的能量损失少,这时用肉眼直视太阳会使人头晕目眩,是很危险的。
在太阳刚刚落山前,你会看到太阳圆盘的周围有一圈灿烂的红色光环。这个光环是太阳光被远大于空气分子的灰尘颗粒——通常它们是悬浮在地球附近空中的——折射的结果。这个光环看上去从太阳圆盘的中心向外延伸了大约3倍。因为光环延伸的角度取决于光波波长和微粒的大小,所以估计折射的颗粒直径大约为尘埃颗粒的大小。如果一阵大雨在落日前清洗了一遍空气的话,在落日时通常就看不到这个光环。瑞利未能明确地解释受污染的空气问题。虽然他的理论指出了光的散射强度将随着散射颗粒的增大而急剧增强,但它只适用于比光波波长小得多的微粒,对于直径超过0.025毫米的颗粒(例如空气分子)就不适用了。在当今的工业社会,污染物通常是悬浮的微粒,它们由直径从0.01到10毫米不等的微粒组成。瑞利的理论不能解释这种情况。后来,戈什塔夫·米证明了大粒子的散射取决于粒子线度与波长的比值,并于1908年提出了一个更为普遍的理论,它所覆盖的颗粒大小范围更大。这个理论指出,如果空气中有足够大的颗粒,它们将决定散射的情况。米氏的散射理论可以解释我们看见的城市天空的景象,颗粒越大,散射越多,同时散射的效果取决于波长。散射不仅在光谱的蓝色区域强烈,而且在绿色到黄色部分也很强。
所以,穿过了受到很多污染的空气层的太阳光的强度削弱了许多,太阳看上去更红一些,它已经失去它的蓝色、黄色和绿色成分。除了散射外,像臭氧和水蒸汽还会额外地吸收光能。结果圆圆的太阳呈现出黯淡、桔红的颜色。那么在受污染的空气中,天空本身的颜色又如何呢?悬浮在空中的污染物,时间一久便会聚集成层,较大的颗粒在地面附近形成了较浓密层。当太阳光穿透这些层时,它逐渐褪色,呈现出桔红色。散射的光失去了大量波长较短的光波,结果主要是红光得以穿透。天空呈现出暗红色;因为散射的红光要穿过空气层中较低的、愈来愈浓密的空气,所以在地球表面附近红色越来越浓。你所看到的落日的类型主要取决于你所处的地方。在地面上,落日的亮度和颜色取决于季节和当地每天的大气状况。人在高处所看见的日出和日落的景色完全不同。有时日落后,站在平台上的观察者能看到贴近两面地平线的一小部分空气散射的阳光。
日出时,在太阳升起之前,散射的光便可以看见,而对于落日而言,天空的颜色取决于大气状况。日出之前天空中呈现的鲜艳的颜色,例如橙黄色、紫色和深蓝色,表明东面的大气相对而言没受污染。一旦太阳升起来,大部分天空变成了蓝色,只有在贴近地面的部分呈现出一段狭窄的橙色和黄色。
傍晚的天空能揭示出大气受污染的情况。天然的“污染”也会影响天空颜色,尤其是火山喷发出的大量的灰尘、热气体和水蒸汽进入大气时。灰尘的颗粒和其他一些微粒最终在离地面15千米到20千米之间的地方聚集成层。这个空气层散射太阳光的效果格外明显,绚丽多彩,太阳呈现出蓝色或绿色,尤其是在黄昏时分,火山喷发几年之后还能看到这种景象。
这些引人入胜的景色并不能弥补污染的危害,无论污染是天然的还是人为的。但至少污染物颗粒通过绚丽多彩的天空颜色的微妙变化显示了它们的存在。城市日落一旦出现暗红色,那便是对我们的警告。我们应当禁止污染物排入大气,只有这样,才能保证我们的子孙后代能够继续欣赏到明朗的天空。 太阳真的在动吗?
太阳在宇宙中不是静止的,相反,它在以不同的方式运动。首先,由于行星都有质量,太阳围绕太阳系的重心转动;其次,它和整个太阳系一起以250千米/秒的速度围绕着银河系的重心转动;再次,它和整个银河系一起以300千米/秒的速度在本星系群内运动;此外,它还在自转。
问:为什么在下雨的地方彩虹呈弧形而不是彩色的一大片?
答:当太阳光线进入雨滴,从雨滴的内表面反射出来时,彩虹就形成了。只要光线从一个媒介,比如空气,进入另一个媒介,比如水,它就会改变路径,这叫做折射。光线路径弯曲的大小取决于它所通过的物质以及波长,也就是光的颜色。所以当太阳光进入雨滴时,它所包含的不同光线的弯曲程度是不同的:红色最小,紫色最大。因此从雨滴里显现出来的是各种颜色,每一种颜色的弧度大约都在40~42度之间。每一滴被太阳光照着的雨点都会发生这样的情况,但是我们只能在某些雨滴中看到彩虹,它们的弧度是40~42度,正好将它们的光线传送到我们的眼睛里。这些符合条件的雨滴形成了一个圆圈,它的一部分常常被地平线切断。留在地平线以上的就是我们所说的美丽的彩虹。 3 天空为什么是蓝色的? “蓝蓝的天空白云飘”。对这种美丽的景色,相信大家都有所感受。那么天空为什么是蓝色的?云为什么是白色的?对于这种奇妙的物理现象,并不是所有人都能说出原因。事实上,我们所观赏的这一美丽景象是天空中的大气分子、水滴、其他微粒和阳光共同作用的结果。
一、空气和太阳光
为了解释这种物理现象,首先简单了解一些空气和太阳光的知识。空气是在地球外面包裹着的一层“防弹衣”,保护着地球上生物不受紫外线的照射。空气并不是空的,是由很多的微粒组成。其中99%是氮气和氧气,其余则是别的气体(如二氧化碳、惰性气体等)、小水滴和来源于工厂的粉尘、风中的扬沙、火山爆发的岩灰等漂浮微粒。但是空气的成分并不是固定的,这依赖于所在的位置、天气和其他的不固定因素(如森林、海洋以及火山爆发和污染的严重与否)。
光是能量以电磁波传播的一种方式,在真空中的传播速度为每秒30万千米。光和其他波(比如声波)不同的是具有波粒二象性。这是因为光是由一种无质量的粒子——光子组成,所以光不但具有波的特性,还有粒子的特性。光传递能量的大小与光的频率成正比,而光的频率正好决定其颜色。但我们的眼睛只能看到其中特定频率范围内的光,称之为可见光,频率过高(紫外线)和过低(红外线),我们都看不见。
对于太阳光,牛顿首先用三棱镜发现其中包含着赤、橙、黄、绿、蓝、靛和紫7种颜色。可以用一个小实验(如图1所示)即可观察到“七彩阳光”。取装入水的玻璃缸放在房子中阳光入射的地方,然后在水中放一面小镜子,用一张白纸接收从盆中小镜子反射的光,根据光的折射原理,即可从白纸上看到一个漂亮的人造彩虹。在7种不同的光中,红光波长最长(频率最低),紫光波长最短(频率最高)。我们肉眼所看到的是它们的混合结果。
二、天空为什么是蓝色的
除非有外界干扰,光都是以直线传播的。当光在空气中传播时,不可避免要遇到空气中的气体分子和其他微粒。这些微粒对光有吸收、反射和散射等物理作用,正是这些物理作用使得晴日里天空成为蔚蓝色。
正确解释天空为什么是蓝色始于1859年。科学家泰多尔首先发现蓝光要比红光散射强得多,这就是“泰多尔效应”。几年之后,科学家瑞利更详细地研究了这种现象,他发现散射强度与波长的4次方成反比。后来,更多科学家称这种现象为“瑞利散射”。瑞利散射很容易通过下面一个小实验来验证(如图2所示):用一个盛满水的水杯,然后往水杯中滴入几滴牛奶,用手电筒做光源,从水杯的一侧照射,从水杯的另一侧看到的是红光,而从垂直于光线的方向看到的却是蓝色(在黑暗处效果更明显)。
当时,泰多尔和瑞利都认为天空的蓝色是由于空气中有小的粉尘微粒和小水滴所致,这些小的粉尘微粒和小水滴就类似于水中的牛奶悬浮颗粒。即便今天,也有许多人这样认为。事实上并非如此,如果天空完全是由于小的粉尘微粒和小水滴引起的,那么天空的颜色将随着湿度而变,事实上天空的颜色随着湿度的变化非常小,除非下雨或者乌云密布。后来科学家猜测用空气中的氮气和氧气分子足以解释天空中的“泰多尔效应”。这种猜测最终被爱因斯坦所证实,他对这种散射效应作了详细的计算,并且计算结果与实验相符合。
我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时,散射强度和波长的4次方成反比,不同波长的光被散射的比例不同,此亦成为选择性散射。当太阳光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中,红光波长最长,紫光波长最短。4 波长比较长的红光透射性最大,大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射。以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425μm)和红光(波长为0.650μm)为例,当光穿过大气层时,被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天天空是蔚蓝的。但是,当空中有雾或薄云存在时,因为水滴的直径比可见光波长大得多,选择性散射的效应不再存在,不同波长的光将一视同仁地被散射,所以天空呈现白茫茫的颜色。
如果说短波长的光散射得更强,你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳光透过大气层时,空气分子对紫色光的吸收比较强,所以我们所观测到的太阳光中的紫色光较少,但并不是绝对没有,在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼睛中,有3种类型的接收器,分别称之为红、绿和蓝锥体,它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时,视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色,也就是我们所看到物体的颜色。事实上,红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反映,红锥体和绿锥体同时接受到阳光的刺激,此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强,最后它们联合的结果是蓝色的,而不是紫色的。
三、你看到过蓝色的太阳吗?
你也许会说为什么我们看到的太阳不是蓝色的。这是因为我们直接看太阳时,眼睛接受的太阳光是通过“迈以散射”的光,而不是瑞利散射的光。迈以散射是当光遇到比其波长要大的微粒时所发生的一种散射,对光的波长几乎没有什么依赖,不改变原有光的成分。而且迈以散射的光具有前向性,绝大部分光仍然沿着原来的方向传播。对所有的光都有同样的作用。
在我们直接看太阳时,看到的是略带浅黄的圆盘。浅黄色是因为在这个过程中有一部分光发生了瑞利散射,蓝光都散射出去了,剩下红、橙、黄和绿光,只是和迈以散射比较起来,这个散射过程较弱,所以太阳看起来是稍微有些浅黄色的。但是在沙尘暴天气,由于空气中微粒很多,瑞利散射占主要地位,我们有可能看到蓝色的太阳。
四、夕阳为什么是红色的
当太阳将要落山时,太阳光穿透大气层到达观察者所经过的路程要比中午时长得多,更多的光被散射和反射,所以光线也没有中午时明亮。因为在到达所观察的地方,波长较短的光——蓝色和紫色的光几乎已经散射怠尽,只剩下橙色和红色的光,所以随着太阳慢慢落下,天空看起来也从橙色变成红色。同样道理,当太阳升起的时候,也是橙色或者红色的。
五、云为什么是白色的
天空中的云是小水滴和空气中的粉尘组成的,它们的直径要比太阳光的任何一种颜色的光的波长都要长得多,所以发生瑞利散射的情况很少。一部分阳光被反射到空中;一部分发生迈以散射,然后散射的光射到地球,但迈以散射不改变太阳光中任何颜色的光;还有一部分直接穿透水滴之间的缝隙。上述3种情况都对阳光的成分没有影响,所以看上去天空中的云是白色的。但是当云层越来越厚时,小水滴越来越多,几乎连成一片,太阳光和迈以射散的光不能或者很少能穿透云层,这时白云就变成乌云了。
正是在太阳光通过大气层入射到地球表面的过程中,大气层中的空气分子或其他微粒会对阳光有吸收,反射、透射等作用,从而形成了蓝天、白云和绚丽的落日余辉和晨时朝霞。如果没有大气层和其他微粒,即使是白天,太阳看上去也只是一个孤零零的明亮的球,天空也将是漆黑一片,所以空气不但给我们提供了赖以生存的条件,也使我们的天空变得多姿多彩。
人们比较认可的解释是,因为大气对太阳光中光中的蓝天散射特别强烈,而对其它光散射比较弱,所以天空才呈现出淡蓝色。
这是因为太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的。这七种颜色的光波长是不一样的。大气中的尘埃以及其他微粒散射蓝光的能力大于散射其他波长较长的光子的能力,因此天空显现出蓝色。大气对光线的散射主要有两种:丁达尔散射和瑞利散射。其中尘埃、水雾等能在空气中形成胶体的微粒对光的散射属于丁达尔散射,丁达尔散射的特点是散射光的强度与光波波长无关,因此白光散射后仍然是白光,在地平线附近看到的白蒙蒙一片就是丁达尔散射现象。还有一种是瑞利散射,是由极小微粒(分子、原子等)产生的散射,其散射光强度与光波波长的四次方成反比,已知可见光的波长范围是400nm(蓝紫光)到700nm(红光),红光端波长是蓝紫光波长的1.75倍,因此蓝紫光散射强度接近红光散射强度的十倍,又因为人眼对紫光不太敏感,所我们看到的天空就是蓝色的....你可以制作一个纸片陀螺,分成七份,分别画上彩虹的七色。。。。然后转动陀螺,会发现整个陀螺面呈现蓝色。。。。所以同理,因为光有七色,然后地球又是自转的,天空就变蓝了。。。。。我没试过,以前电视里看到过,不知道是真是假。。。
蓝色光波易发生色散
空气中存在水滴的反射和折射
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