探秘天空的顏色：白天的藍與日落的紅背后真相！

天空之所以是藍色，核心原因是瑞利散射。

簡單地說，太陽光是復合光，由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等多種顏色組成。大氣層里的氮氣、氧氣分子很小，更容易散射波長較短的藍光和紫光，而人眼對藍光更敏感，對紫光不敏感，所以我們白天看到的天空一般都是藍色。

但早晨日出時和傍晚日落時，太陽以及附近地平線會偏紅，出現朝霞晚霞，是因為光穿過大氣層是走斜路，路徑更長，穿過的氣體也更厚，藍光就被散射掉了，剩下波長更長地紅光、橙光到達我們地視網膜。

延伸展開來說，地球的能量主要來自太陽，太陽能量是以電磁輻射的方式傳播到地球，電磁輻射的傳播載體是光子，因此到達地球的能量本質上都是光。當然，這些光有人眼能夠看見的，也有人眼看不見的。

電磁輻射全波段的光包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線，波段太長頻率太低的無線電波、紅外線，以及波段太短頻率太高的紫外線、X射線、γ射線，人眼都無法看到，只能看到波段從長到短約780納米到380納米之間、頻率從低到高380THz到790THz的可見光。

而可見光又是復合光，通過色散，可以折射出從紅到紫一系列顏色，人們一般把它分為七色，即紅橙黃綠青藍紫。這七色光對應的波段與頻率見下表：

所謂七色光，只不過是人類為了便于敘述和分辨認為劃分的，實際上，可見光可見光從紅色到紫色是連續過渡的，物理理論上可以無限分割這些光，可以離散出無數種顏色的光。但人眼和儀器的感知分辨都是有限的，現在電腦一般將光分為三原色，即GRB，也就是紅綠藍，用這三種原色，就可以調配出無數種顏色。

人眼對顏色區分極限約100萬種，現代電腦、手機等屏幕一般采用24位真彩色，即將每種顏色分為從0到255種，也就是G、R、B三通道分別為256級，這樣三種顏色疊加就可以形成256*256*256≈16,78萬種顏色。更好的屏幕還有32位和48位色，最高調配出的種顏色數可達281萬億種，人眼根本無法分辨，只在專業領域運用。

回歸到可見光的某些特性：真空光速c≈3*10^8m/s，也就是約每秒30萬千米，但在不同介質中，如水、玻璃中，其折射率不一樣，速度也不一樣，波長越長，折射率越小，速度越快，隨著波長變短依次變化，到紫光折射率最大，速度最慢。

這就是當光通過玻璃三棱鏡折射后，將白色光色散出各種顏色，下雨天當太陽光在適當角度會在天空顯示出長虹的原因。在大氣中，空氣分子遠小于可見光波長，因此，瑞利散射規律是對波長越短的光散射越厲害，公式為：散射強度 ∝ 1 / 波長^4。

我們將紅光波長650納米，藍光波長450納米代入公式計算，得出藍光瑞利散射散射強度是紅光的4.35倍，

根據紅光和藍光波長計算，藍光散射的強度就約為紅光的4倍，因此，在太陽光進入大氣層時，紫光和藍光就被大氣分子散射向四面八方，滯留和充滿天空，人眼感光細胞對紫光不敏感，因此，我們看到的天空就成了蔚藍色。

而波長較長的紅、橙、黃色光，不容易被大氣分子散射，絕大多數就直射到了地面。

日出日落時，太陽貼近地平線，光線要穿過的大氣層厚度是上下午的幾十倍，在這樣極長的路徑里，波長很短的藍光、紫光在半路上就徹底散射光了，傳遞不到人眼中，只有波長組最長，最不容易被散射的紅光、橙光能穿透厚厚的大氣到達人眼，因此早晚看到的太陽就是紅色或橙紅色，朝霞晚霞也是這個道理。

正是可見光這些奇妙特性，不僅將天空變幻得多彩多姿，還讓我們能夠看到這個世界無與倫比的絢麗和斑斕。

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