从远古时代开始,人们每天就在蓝天白云下生活。慢慢地,有些人望着湛蓝湛蓝的天空,就提出了长久以来的疑问——天空为什么是蓝色的?
这个问题一直困扰着人类,却始终悬而未决。直到1871年,英国著名的物理学家瑞利勋爵发现“分子散射”,才终于解开了“蓝色天空之谜”。
1842年11月12日,瑞利出生于英国的莫尔登市。最初,瑞利刚开始上学的时候一点儿也不用功,像所有小孩子一样,他也十分贪玩,学习成绩很普通。在瑞利十岁那年,他还连续两次逃学,遭到学校的严厉批评。见到这样的情况,他的爸爸妈妈很替他着急,为了孩子的前途着想,他们决定迁居伦敦。
这次搬家对小瑞利的人生来说,是一个相当重要的转折点。瑞利原本就很聪明,当周围的环境改变后,他的聪明才智更加明显地体现出来。在伦敦,父母还专门为瑞利请了一名家庭女教师。从此瑞利一改以前贪玩的习性,一头埋进书本里,踏上了钻研学习之路。
瑞利最喜欢物理学,并在感兴趣的各个方面展开了深入研究,取得了令人瞩目的成就,为现代物理学的发展做出了不可磨灭的贡献。当时,人们依然无法解释“天空为什么是蓝色的”这个问题,瑞利对此也非常感兴趣。于是,他开始在实验室里不断研究,做各种与此有关的实验,想从大量的实验中揭开困扰大家的“天空之谜”。
果然,功夫不负有心人。1871年,瑞利在反复研究、反复实验、反复计算的基础上,导出了分子散射公式,发现光线入射到其他不均匀的物质中时,会因物质的折射率不同而产生散射光。瑞利经过计算认为,分子散射光的强度与入射光的频率(或波长)的四次方成反比,这就是物理学上著名的“瑞利散射”!
那么,我们就依照“瑞利散射”定律,来解释一下“天空为什么是蓝色的”。
每一天,太阳高高照射在地球表面,各种波长的太阳光都要受到空气的散射。在大气分子的强烈散射作用下,波长较长的光散射较小,因此大部分被传播到地面,几乎看不到。而波长较短的大量蓝光、绿光,受到空气散射较强,弥漫至整个天空,其中尤其以蓝光的能量最强最大。因此,天空被大量蓝光覆盖、渲染,呈现出了湛蓝的颜色。同样的道理,当日落或日出时,由于太阳高度接近地平线,角度较低,阳光斜射通过的大气层较厚,太阳光经过大气分子的散射,短波的蓝、绿光被散射掉了,剩下的大部分都是红色和橙色的光波。所以,我们看到日出或日落时太阳附近的天空会呈现出温暖明媚的红色。