蓝天的奥秘

在天宫课堂第四课的天地互动环节中，一位同学提出了有趣的问题：在空间站里看到的太阳和地球，与在地球上看到的有什么不同吗？航天员朱杨柱为她做出了专业的解答。此外，朱杨柱还提到了一个发现：在空间站里看到的云朵颜色和在地面上看到的有时不一样。原来这与光的散射有关。生活中还有许多现象与光的散射相关，比如同学们有没有思考过：天空为什么是蓝色的呢？接下来我们做一个小实验，去探索天空的奥秘。

概念一点通

散射

光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。太阳光通过同种均匀介质时沿直线传播，反之传播方向就会发生改变。因此，太阳光进入成分复杂且不均匀的大气层后，会跟空气分子、尘埃等介质相撞，从而产生散射。

瑞利散射

瑞利散射是光的散射的一种，通常是指微粒尺度远小于入射光波长时发生的散射。瑞利散射的散射强度与波长的4 次方成反比，也就是说，波长越短，散射越强。

知道了瑞利散射，我们就可用它来解释天空的颜色了。天空本来是没有颜色的，在大气中，氮气和氧气分子的尺寸远小于光的波长，当太阳光穿过大气层时，蓝光的波长短，所以蓝光更容易受到气体分子的散射，这使得我们在望向天空时看到蓝色。紫色的波长也较短，那天空为什么不是紫色的呢？这是因为紫光的波长更小，穿透性弱，被大气层吸收了，且人眼对紫光并不敏感。

千古名句“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”中描述的天空是什么颜色呢？同理，瑞利散射也可以解释为什么朝霞与晚霞呈现橙红色。早晨和黄昏时，阳光穿越大气层的距离变长，蓝光多被散射掉，剩下长波、穿透力强的红光能穿过大气，所以天空看上去呈现橙红色。

原理揭秘

回顾上面的实验我们发现，从顶部俯视，靠近光源处的光线由于发生瑞利散射呈现出淡蓝色，离光源较远处呈现橙黄色，这就能解释光进入大气层后我们看到了不同颜色。由瑞利散射可知，蓝光的波长比红光的短，所以蓝光的散射强度更强，它多被散射掉，因此远离光源的区域看不见蓝色的光，这个原理在生活中还有什么应用呢？

在雾霾天气，光会和我们“玩捉迷藏”，这是由于大气中颗粒物质（如灰尘、汽车尾气等）增多，导致光线发生散射，使太阳光变得暗淡，能见度降低。我们知道红光的波长较长，不容易被散射，也就是说在雾天里红光更容易被观察到，因此在雾霾天气，打开红色的汽车尾灯有利于避免发生事故。此外，雾霾天气不仅可能会造成交通事故，对人体的伤害也很大，因此我们要低碳生活，减少空气污染。