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1.4上班
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● 蓝天:瑞利散射和大气现象的各种变化
早餐后你就出门了。
现在正值冬季,气温很低,但今天的天气很好,天空万里无云,一片湛蓝。
我们对这样的天空已经习以为常,但若是想要解释清楚为什么天空是蓝色的就不是那么简单了。
英国物理学家约翰·威廉·斯特拉特·瑞利(JohnWilliamStruttRayleigh,1842—1919)[34]成功解释了这个问题。
在这一现象的基础上,光的一种特殊行为被命名为瑞利散射(Rayleighsg)。
当光线穿过由小颗粒(其尺寸与光的波长相当)组成的介质(如大气中的气体分子)时,它会向各个方向偏转。
但根据入射光波长的不同,扩散强度也不同。
瑞利发现,大气散射光的强度与入射光线波长的四次方成反比。
太阳光由各种波长不同的成分(对应于彩虹颜色的色光)构成,波长较短的光受大气散射的影响较大。
组成太阳光的色光波长从红光到紫光逐渐减小,因此散射能力最强的色光应该是紫光。
但是由于紫光在太阳光中的强度很弱,所以散射最强的就变成了波长也很短,但光强度更高的蓝光。
所以天空呈现蓝色多亏了有大气层作为扩散介质。
在没有大气的情况下,天空会呈现黑色,宇航员在地球大气层外的旅行证实了这一点。
今天的天空中没有云,但我们知道云一般是白色的,有时也会更暗。
云由悬浮在空中的水滴组成,因此它们是比分子和光的波长大得多的“物体”
。
在这种情况下,光仍然是向各个方向扩散的,但不管波长大小如何,它们的散射程度都是一样的。
另外我们还知道,所有波长的光合在一起就是白光,所以我们的眼睛看见的就是白色的云。
有时候阳光无法穿透厚云层,下层的云处在阴影之中就会显得很暗。
它们的大体积,尤其是它们的厚度阻碍了光线的通过,所以云朵看起来是“阴暗”
的。
仔细想想这些事情你会觉得奇怪,为什么在黎明和日落的时候天空反而呈现出红色?在这种情况下,所涉及的现象不再是光的散射,而是空气中的分子对辐射的吸收。
在黎明和日落时分,太阳比地平线低,太阳发出的光侧着射入地球表面,太阳光必须穿过更厚的大气层,因此大气层也就吸收了更多的太阳光。
但空气中的气体分子主要吸收波长较短的光线,而波长较长的光却能安然无恙地通过。
所以到达我们眼睛的光线中红光会更多。
● 道路上的冰和盐
尽管天空晴朗,但气象部门预测明天会下雪甚至可能有霜冻。
为此,市政府已安排在街道上撒盐。
当你走出家门的时候恰巧有一辆撒盐车经过。
你的脑海中浮现出你姑姑在制作冰激凌时,将碎冰和盐混合,以此来降温的画面。
但是这样一来,在道路上撒盐又有什么意义呢?不是进一步降低温度了吗?制作冰激凌的撒盐和道路除冰撒盐这两种现象虽然看起来相似,但也必须解释一下,以免大家混淆。
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