用瑞利散射解释天空的颜色

当问到“天空为什么是蓝色的？”这个问题，就不得不提到瑞利散射。

首先要明确：天空本身是不会发光的，我们看到的天空颜色，实际上是大气层中的气体分子将太阳光散射到了我们的眼中。

我们知道，太阳光是“白光”，也就是在可见光波长范围内均匀分布的光，具有“红橙黄绿蓝靛紫”七种颜色。

大气层中气体分子的尺度要远远小于可见光的波长，这种尺度的微粒对不同颜色的光线具有不同的散射强度。其散射强度与入射光的波长的四次方成反比。红光的波长较长，被散射的红光强度就很弱，而蓝、紫光的波长较短，散射强度就强。所以，大气分子就好比一张滤网，把太阳光中长波的成分过滤掉，将剩下的蓝、紫光洒向大地。而我们人类的眼睛对紫色光非常不敏感，因此我们看到的天空就是蓝色的。

这种远小于波长尺度的微粒对光的散射定律是由英国物理学家瑞利发现的，因此得名为瑞利散射。

而太阳为什么是红色或黄色的呢？

因为太阳本身会发光，因此我们看到的太阳的颜色主要是直射光，如果没有大气层，我们看到的，应该是一个白的发亮的太阳和一片漆黑的星空。由于大气分子瑞利散射的存在，更多的短波长光被散射到了整片天空，而波长较长的红黄光基本不会因散射而发生损失，因此太阳的直射光中很大一部分蓝紫光被散射掉了，剩下的就是长波长的红黄光。

当然，晴朗的天空并不一直是蓝色的，当日落或日出时，天空会呈现出美丽的红色，这又是为什么呢？

很容易想象：日落或日出时，太阳光要经过更厚的大气层，才能到达我们的眼睛。 波长较短的蓝、紫光经过这么厚的大气层的重重散射，能到达我们眼中的所剩无几，剩下受到散射比较弱的红光，就是我们看到的夕阳或朝霞及其周围天空的红色了。