天為什么是藍的(天為什么是藍的簡單解釋)

大氣中的光學現象

大氣中 的光學現象種類繁多、千姿百態，日光月光和星光在穿越大氣時會發生透射、衰減及反射、散射、折射、衍射、色散、偏振等現象，這些物理過程與大氣的密度分布和大氣中雜質的多少及大水、水分的相態及含量等狀況密切相關，并在一定程度上與天氣過程有著直接或間接的聯系。

大氣中光的散射現象

當光線在大氣中穿行時，大氣中的粒子會使部分入射光向各個方向發散出去，形成光的散射現象。光的散射現象是一種十分普遍的現象，正是由于大氣中光的散射現象，形成了蔚藍天空、霞光、曙暮光等現象。

蔚藍天空 晴朗的天空是蔚藍色的，天氣愈晴朗，藍色愈澄澈，這是大氣對太陽光散射的結果。人眼感覺到的天空顏色，是到達地面的各種波長的散射光呈現出的綜合色。天氣晴朗時，大氣中的散射現象以分子散射為主，而分子散射的強度與入射波長的4次方成反比，因此對到達地面的散射光而言，紅光由于波長較長而貢獻較小，紫光則由于波長較短而貢獻較大，貢獻最大的是介于紅光和紫光之間的色光。同時，在太陽輻射光譜中，最大輻射能力所對應的波長為475nm，即青藍光，并且人眼最敏感的色光偏向于綠光。因此在晴朗的天氣條件下，人們所看到的天空呈現蔚色。

人們看到的天空顏色，與光線到達人眼前通過的大氣路徑的長度有關，使天空不同部位呈現的藍色存在差異，天頂的藍色較深，地平線附近的藍色較淺。并且蔚藍的天空只是在低空才能看到，隨著高度的增加，空氣越來越稀薄，散射光線變弱，天空越來越暗。

當空氣中塵埃和水滴較多時，粗粒散射加強，而粗粒散射對不同波長色光的散射程度差異較小，因此天空的藍色會變淡。陰雨天氣時，大氣中的散射現象以粗粒散射占優勢，故天空呈現乳白色或灰白色。

太陽透過大氣層后，由于大氣對太陽輻射有減弱作用，其總能量減少，輻射波譜也有所改變。以大氣上界得到太陽輻射能量為100%，經過大氣層后，大氣吸收了14%，大氣散射和云層、地面反射共返回宇宙空間43%，能直達和在面散射到達地面且被地面吸收的僅43%，大氣減弱太陽輻射是強烈的。

吸收作用

大氣的某些成分，具有選擇性吸收某些波長的特性，其中最主要的氧氣、臭氧、水汽、二氧化碳、云滴、雨滴、微塵等。氧強烈吸收波長小于200nm的紫外線，此外在可見光區690～760nm波長附近有一個較弱吸收帶。臭氧主要吸收波長為200～320nm的紫外線，其吸收能力之強使波長小于290nm的紫外線極少到達地面，保護了地面生物;此外，在波長為600nm處有一條較弱吸收帶。二氧化碳主要吸收波長為1460～2780nm的紅外線。水汽主要吸收紅光及紅外線，在波長為930～1500nm的紅外線區有3個強烈吸收帶，在波長為600～730nm紅光區有3個較弱的狹窄吸收帶。水滴能吸收波長為590～3000nm的輻射，水滴、微塵雜質吸收紅外線，但作用很不小。大氣對光譜區吸收極少，對可見光幾乎是透明的。

散射作用

當太陽輻射透過大氣時，太陽輻射能遇到大氣中的各種質點向四面八方散開，稱為散射。散射后只有一部分仍按原來的方向射到地面，所以太陽直接輻射便減弱了，如果投射光的強度為S,以Ｄ表示被單位體積空氣向所有各方向散射的輻射量，則比值Ｄ／S稱為散射系數，表征散射能力大小。散射系數與大氣質點半徑大小關系密切。當大氣干潔，質點半徑小于200nm時，散射值與入射光波長的四次方成反比，這就是著名的蕾萊分子散射定律，其表達式為

式中，B是與大氣中懸浮質點數量成比例的常數。其說明射入光波長愈短，散射能力愈強。例如可見光區波長為380nm的紫光比760nm的紅光波長小一半，則紫光的散射系數為紅光的16倍。因此當晴朗無云、大氣干潔時，被散射的光線以波長較短的藍光為主，故天空呈蔚藍色。而清晨和傍晚時，波長較長的紅橙光則被散射減弱較少而藍紫光損失較多，加之大氣對紅橙光透明度大，對紅橙光透過得較多而對藍紫光則透過的較少。這就是旭昌及夕陽時因為通過的大氣量大，藍紫光被散射殆盡，遂呈現紅色的原因。

當大氣混濁，質點半徑超過10000nm時，入射光的各種波長具有同等散射能力，散射系數不在隨波長改變，稱之漫射。故天空此時呈乳白色。