主题:【资料】大气奇景与光==蔚蓝天空与小试验

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翠湖园
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  在晴朗无云的日子里,若有人问你,天空是什么颜色?你一定会肯定地回答:天空是蔚蓝色的。宇宙飞船上的宇航员可以看到地球壳体外笼罩着蔚蓝色的大气层,我们也可在晴朗日子里站在旷野中看到蔚蓝的天空,而且天气越晴朗,天空的蓝色越显得澄澈。天空为什么呈蔚蓝色呢?
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有人猜想,天空中含有一种蓝色的气体,或者大气本身就是蓝色的。事实究竟怎样?为了解答这个问题,有人做过这样的实验:用一根大约三尺长的玻璃管,玻璃管的两口各用玻璃板封闭起来。太阳光柱可由两端通过此管。先把管中的空气完全抽出,然后把空气、盐酸以及丁烷基亚硝酸盐蒸汽的混合物再灌进去。在数分钟内就起化学反应,产生出微细而均一的质点,浮悬在这混合气体之内。当太阳光线通过此管时,起初这些质点还少,我们看到管中先有暗的深青色。然后因为化学作用继续进行,质点的数量增加,光中的颜色也跟着愈变愈鲜明,蓝色光辉愈变愈浓。平时,我们也能见到这类现象,例如,当我们看到人在窗口抽香烟时,烟被室外阳光照射,呈现蓝色,袅袅上升。

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天空呈蔚蓝色也是这个道理。当太阳光射入地球大气层时,遇到大气分子和其它微粒而被散射,这些大气分子和微粒本身是不会发光的,但是由于它们散射了太阳光,每一大气分子就变成了一个散射光的光源。它们向四面八方发射出光来。在高空没有多少飘尘粒子,故以分子散射(瑞利散射)为主,散射光的光强与入射光的波长四次方成反比。阳光所含的七种色中,紫、蓝、青光等的波长短,最容易被大气分子散射出来;而波长较长的橙、红、黄等颜色的光波透射力最强,被散射便弱,他们能透过这些大气分子而保持原来的射程方向。这样光波的分离作用就此发生,在高空的散射光便以紫、蓝、青光等为主。另外,散射光线的颜色与微粒的大小有密切关系,微粒越小,则只有短光波遭到散射,对下层空气分子散射来讲,主要是蓝色光线被散射出来。因此我们看到的天空是蔚蓝色的,而且天气越晴好,天空越蓝。

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那末高空天空的颜色是否也是蓝色的?不一定。愈到高空,天空的颜色愈灰暗,甚至变成黑灰色。

  原来,愈到高空,空气愈稀薄,空气分子数减少得很厉害,分子散射出的光辉就逐渐变弱,天空的亮度因此就愈来愈暗,由青色(离地约8公里以上)递变为暗青色(离地约11公里),再递变为暗紫色(离地约为13公里),只有那最易被散射的紫色光波才被高层稀疏的空气分子散射出来。到二十公里以上的高空,分子更稀少了,散射作用几乎完全看不出来,没有散射光,天空当然变成黑灰色的了。
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低层大气中含有较多的尘粒,这里的散射以米散射为主,米散射不遵从分子散射那样的散射规律而是遵从更复杂的规律,阳光被散射后基本上仍为白光,我们也就看到地平线附近的天际为灰白色或青灰色。
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