地球大气层为什么是蓝色，蓝天是如何形成的？

天空是什么颜色的？

这是好奇孩子经常提的一个问题。每当这时候，大人们就会十分肯定地告诉他们：“天空是蓝色的呀！”

确实，在晴朗的天气里，当我们仰头望天，大多数时候它总是表现出令人愉悦的湛蓝颜色。蓝蓝的天空点缀着朵朵白云，只有当阴天或深夜的时候，我们看到的才不是蓝色天空。

蓝天绿地，常令人心旷神怡

天空为什么是蓝色的呢？

面对好奇孩子提出的第二个问题，许多人就不知道怎么回答了。你可能会说，这还不简单，因为大海是蓝色的呀！大海把蓝色反射到天上，所以天空就变成蓝色的了。还有人说，天空之所以显示出蓝色，因为氧气是蓝色的。其实这两个回答都不正确。

蓝色天空

太阳的颜色

阴云密布时，我们看不见蓝天；夜深时，天空看起来也是黑色的。这都是因为我们看不见阳光，只有当阳光穿过大气层时，我们才能看到湛蓝的天空。所以天空的颜色与太阳光有密切的关系。

那么，太阳光是什么颜色的呢？

一种常见的说法称太阳光是黄色或橙色。

太阳是什么颜色的？

正确答案：在我们人类看来，太阳光是白色的。

同时，科学家会告诉你，太阳本身不会发出白色光，太阳光的白色其实是太阳发出所有可见光频率混合的结果。如果你让阳光穿过一块三棱镜，白色就会散射开来，形成赤橙黄绿青蓝的七彩光带。

当阳光穿过透明介质，比如玻璃、水或者空气时，不同频率和波长的光会发生不同程度的折射，于是我们能够将原本混在一起的光波区分开来，看到阳光原本的一部分颜色。

白光穿过三棱镜后会发生折射

为什么是一部分而不是全部颜色？

阳光是由太阳发射出来的电磁波，它的波长范围非常宽，除了我们肉眼可见的部分，阳光里还包括了γ射线、X射线、紫外线、红外线、微波和波长更长的无线电波。在这所有的光谱中，人眼能感知的可见光波只占其中很小的一部分。

可见光只占光谱的很小一部分

当阳光穿过大气层时会发生什么呢？

地球大气层里充满着各种气体分子，其中约有78%是氮气，氧气约占21%。当光照射到这些气体分子上时，电磁波会使气体分子中的带电粒子发生振荡，振荡的电荷会产生与入射太阳光相同频率的电磁辐射，但这些由气体分子发出的电磁辐射会散布在所有不同的方向上，这就是我们常说的光散射现象。

空气分子对于光的散射能力是有区别的。在可见光的光谱中，紫色和蓝色部分比红色光波有更短的波长和更快的频率，蓝色光可以使空气分子中带电粒子振荡的频率更高，由此产生的散射光就更多，因此蓝色光比红色光散射的更强烈。光波在空气中散射的强度与光频率的四次方成正比。

太阳光在大气中的散射

对于波长较长的光波，比如黄光、红光，它们更容易穿过大气层，而微波和无线电波由于波长很长，它们几乎可以不受阻挡地在空气中穿行。

蓝色和紫色光波在大气层中被散射的概率比红色光要高9倍以上，它们更容易被散射开来，因此，当太阳出现在高空时，我们看到的蓝色天空，就是空气散射蓝色、绿色和少量其它颜色太阳光的结果。

阳光穿过大气层

你可能会问了，既然波长短的光更容易被空气散射，为什么我们看不见紫色光呢？这是因为紫色光在很高的高空就已经首先被散射，能够到达地面的紫色光波很少；与此同时，我们眼球视网膜的光感受细胞对紫色光并不敏感，它们更容易被理解成更深的蓝色。

天空总是蓝色的吗？

当然不是。当清晨与黄昏时，太阳的角度很低，我们看到地平线附近的天空会呈现出艳丽的橙红色。这时候阳光在到达我们的眼球之前需要穿过更多的大气，于是我们看到鲜艳的霞光。那些波长更短的光无法穿透如此厚的空气，它们在高空就被散射掉了，因此我们头顶上方的天空是靛蓝色的。

早晨，靠近地平线的天空更红

好奇的你可能会问，我们的地球被称为蓝色星球，从太空看它呈现出蓝色，是因为大气层反射蓝光吗？

为什么地球是蓝色的？

实际上，如果从太空看地球，大气层只能反射极少的蓝光，我们看到的蓝色星球更多是海洋反射太阳光线的结果。地球有70%以上的面积覆盖着海洋，阳光中的蓝色光波在海水中行进的距离最长，而其它颜色的光被海水吸收掉了，因此我们看到大海是蓝色的。大海将蓝色的光反射到太空，于是我们看到蓝色的地球。如果地球表面没有大海，那么它就不是一颗蓝色星球了。

大海是蓝色的，地球才是蓝色的

总结：

我们的天空之所以是蓝色，首先与太阳光的光谱组成有关，白色的阳光实际是由许多种不同波长不同颜色的光组成，当这些光线穿过地球大气层时，会发生不同程度的散射现象。

地球的空气分子对波长更短的蓝色和紫色光散射率更高，其它颜色的可见光更容易穿过，人眼对紫色不敏感，因此当阳光照射大气时，我们看到天空呈现蓝色。

你明白了吗？