探秘天空的颜色：白天的蓝与日落的红背后真相！

天空之所以是蓝色，核心原因是瑞利散射。

简单地说，太阳光是复合光，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种颜色组成。大气层里的氮气、氧气分子很小，更容易散射波长较短的蓝光和紫光，而人眼对蓝光更敏感，对紫光不敏感，所以我们白天看到的天空一般都是蓝色。

但早晨日出时和傍晚日落时，太阳以及附近地平线会偏红，出现朝霞晚霞，是因为光穿过大气层是走斜路，路径更长，穿过的气体也更厚，蓝光就被散射掉了，剩下波长更长地红光、橙光到达我们地视网膜。

延伸展开来说，地球的能量主要来自太阳，太阳能量是以电磁辐射的方式传播到地球，电磁辐射的传播载体是光子，因此到达地球的能量本质上都是光。当然，这些光有人眼能够看见的，也有人眼看不见的。

电磁辐射全波段的光包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，波段太长频率太低的无线电波、红外线，以及波段太短频率太高的紫外线、X射线、γ射线，人眼都无法看到，只能看到波段从长到短约780纳米到380纳米之间、频率从低到高380THz到790THz的可见光。

而可见光又是复合光，通过色散，可以折射出从红到紫一系列颜色，人们一般把它分为七色，即红橙黄绿青蓝紫。这七色光对应的波段与频率见下表：

所谓七色光，只不过是人类为了便于叙述和分辨认为划分的，实际上，可见光可见光从红色到紫色是连续过渡的，物理理论上可以无限分割这些光，可以离散出无数种颜色的光。但人眼和仪器的感知分辨都是有限的，现在电脑一般将光分为三原色，即GRB，也就是红绿蓝，用这三种原色，就可以调配出无数种颜色。

人眼对颜色区分极限约100万种，现代电脑、手机等屏幕一般采用24位真彩色，即将每种颜色分为从0到255种，也就是G、R、B三通道分别为256级，这样三种颜色叠加就可以形成256*256*256≈16,78万种颜色。更好的屏幕还有32位和48位色，最高调配出的种颜色数可达281万亿种，人眼根本无法分辨，只在专业领域运用。

回归到可见光的某些特性：真空光速c≈3*10^8m/s，也就是约每秒30万千米，但在不同介质中，如水、玻璃中，其折射率不一样，速度也不一样，波长越长，折射率越小，速度越快，随着波长变短依次变化，到紫光折射率最大，速度最慢。

这就是当光通过玻璃三棱镜折射后，将白色光色散出各种颜色，下雨天当太阳光在适当角度会在天空显示出长虹的原因。在大气中，空气分子远小于可见光波长，因此，瑞利散射规律是对波长越短的光散射越厉害，公式为：散射强度 ∝ 1 / 波长^4。

我们将红光波长650纳米，蓝光波长450纳米代入公式计算，得出蓝光瑞利散射散射强度是红光的4.35倍，

根据红光和蓝光波长计算，蓝光散射的强度就约为红光的4倍，因此，在太阳光进入大气层时，紫光和蓝光就被大气分子散射向四面八方，滞留和充满天空，人眼感光细胞对紫光不敏感，因此，我们看到的天空就成了蔚蓝色。

而波长较长的红、橙、黄色光，不容易被大气分子散射，绝大多数就直射到了地面。

日出日落时，太阳贴近地平线，光线要穿过的大气层厚度是上下午的几十倍，在这样极长的路径里，波长很短的蓝光、紫光在半路上就彻底散射光了，传递不到人眼中，只有波长组最长，最不容易被散射的红光、橙光能穿透厚厚的大气到达人眼，因此早晚看到的太阳就是红色或橙红色，朝霞晚霞也是这个道理。

正是可见光这些奇妙特性，不仅将天空变幻得多彩多姿，还让我们能够看到这个世界无与伦比的绚丽和斑斓。

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