天空为什么是蓝色的

天空为什么是蓝色的
天空为什么是蓝色的

天空为什么是蓝色的
原因很简单,大气对太阳光的散射作用,使我们看到的天空呈现蓝色.
地球表面被大气包围,当太阳光进入大气后,空气分子和微粒（尘埃、水滴、冰晶等）会将太阳光向四周散射.太阳光是由红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫七种光组成,以红光波长最长,紫光波长最短.波长比较长的红光等色光透射性最大,能够直接透过大气中的微粒射向地面.而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射.在短波波段中蓝光能量最大,散射出来的光波也最多,因此我们看到的天空呈现出
蔚蓝色.
其实,天空一直是蓝色的.在高原上几乎天天都可以看到蔚蓝色的天空.春天风沙弥漫,夏天满天云彩,冬天烟雾层层,妨碍我们经常看到蓝天,只有秋天空气净洁,使我们看到蓝天的机会特别多.
在太阳光通过大气层入射到地球表面的过程中,大气层中的空气分子或其它质点（如水滴、悬浮微粒或空气污染物）会对日射产生吸收、散射、反射、透射等作用,而形成了蓝天、白云或绚丽的夕阳余晖.在没有大气层的星球上,即使是白昼,天空也将是漆黑一片.
我们所见的蓝天乃是因为空气分子对入射的太阳光进行选择性散射的结果.散射量与质点的大小有极大关系,当质点的直径小于可见光波长时,散射量和波长的四次方成反比,不同波长的光被散射的比例是不同的,此亦称为选择性散射.以入射太阳光谱中的蓝光（波长=0.425μm）和红光（波长=0.650μm）相比较,当日光穿过大气层时,被空气质点散射的蓝光约比红光多五倍半,因此晴天天空是蔚蓝的.
但当空中有雾或薄云存在时,因为水滴质点的直径比可见光波长大,选择性散射的效应不再存在,此时所有波长的光将一视同仁地散射,所以天空呈现白茫茫的颜色.
至晴天空中的白云,云内的云滴直径更大,日光照射到它们时已非散射而是反射现象,所以看起来更显得白而光亮.

天空为什么是蓝的？原因并不像常见回答中所说的，是因为“空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过空气时，波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蔚蓝色。”

与可见光的波长（约400纳米~700纳米）相比，空气中的尘埃、水滴等微粒远远大于阳光中的可见光波长，因此当阳光遇到这些颗粒物的时候，它们会向不同的方向反射。但是，这样的反射对于不同波长（或者说不同颜色）的光来说，效果都是相同的。换句话说，尘埃等颗粒物反射出来的，仍然是包含所有颜色的白光。如PM2.5即空气中悬浮着的尺度≤2.5微米的颗粒物造成的污染，所以当空气污染指数很高的时候，天空会是白茫茫的一片。

那天空为什么是蓝色的呢？实际上，空气中确实存在大量尺度比可见光波长更小的微粒，就是空气中的多种气体分子，比如氧气和氮气分子的“直径”都是0.3纳米左右。遇到这些气体分子的时候，有些光子就会被吸收。一段时间之后，分子又会释放出另一个光子。放出的光子跟吸收的光子颜色相同，但是方向变了。虽然所有颜色的光子都会被吸收，但频率较高（即颜色较蓝）的光子比频率较低（颜色较红）的光子更容易被吸收。这个过程被称为瑞利散射，是以19世纪70年代最先描述这一过程的英国物理学家约翰·瑞利爵士的名字命名的。

那么，蓝色光更容易与空气分子发生瑞利散射，又怎么会产生蓝天呢？先做个简单的假设，如果不存在任何空气，天会是什么颜色？虽然我们大多数人都没有上过太空，但从阿波罗登月的纪录片中可以看到，月亮上哪怕太阳当空照，天空仍然是黑色的。

如下图：

由于空气中存在瑞利散射，情况就完全不同了，阳光在大气的传播途中，偏蓝色的光更容易发生瑞利散射而被偏折到了与阳光原来传播的方向不同的方向上。于是，我们就算不直对着太阳看，而是朝天空中的其他方向上看，也总有被空气分子散射的光子（更多的是蓝光）射入我们的眼睛，于是就看到了蓝天。

如下图：

大气对太阳辐射的吸收是有选择性的，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射的较多，晴朗的天空呈现蓝色是因为太阳辐射中偶那个青蓝色波长较短，容易被大气散射。

太阳光进入大气层后，被大气层吸收得只剩蓝光了。
就是说，如果没有太阳光，天空应该是没有颜色的，就跟宇宙空间的颜色一样，漆黑一片。。。
如果有太阳光而没有大气层，天空应该是一片金光，眼要刺瞎的感觉。。。