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为什么天空是蓝色的？

每当我们全家去海滩度假，我的女儿总会问我一个问题：“爸爸，为什么天空是蓝色的呀？”

虽然在她小时候，我的物理学知识还非常薄弱，但是我已经完全能够凭借已有的知识给她一个客观、科学的答复了。

但是，我的女儿毕竟只有6岁多，她无法理解科学性的解释，所以，为了让她明白，我用我妈妈小时候回答我的方式回答了她的问题：“天空是蓝色的，是因为它反射了海洋的颜色呀，亲爱的。”

在我看来，这个回答足以说服她。

但是，我女儿听到这句话后，立刻抬起头来又问了另一个问题：“那为什么不是海洋反射了天空的颜色呢，爸爸？”

除了云彩、污染和黑夜的特殊情况，天空始终是蓝色的。

如果是绿色或者紫色的天空，抑或像爱德华·蒙克的著名画作《呐喊》的天空颜色都不是正常的颜色。

那么，天空为什么是蓝色的？我们都知道太阳的光线是无色的，或者说是白色的。

然而，天空的蓝色恰好与白色的太阳光线有联系。

之前的章节中，我们已经提到过，白光就是所有可见光的集合（从能量最低、波长最长、频率最低的红光算起）。

肉眼可以看见这个范围的光线是适应和进化的结果。

在红光之外，在电磁光谱上，还有红外线（就是有体温的生物身体中发出的光，很多夜视仪能够探测到人体的红外线）和无线电波（收音机发出的电波）。

这些波的频率比可见光波的频率更低，产生的能量也更低。

在蓝光之外，有紫外线（太阳光中含有大量紫外线，会使皮肤产生灼热感）、伽马射线（主要产生于核反应中，对人类有很大的危害作用，是超级英雄电影中不可或缺的元素）。

这些光波的频率比可见光波的频率更高，因此能量更大。

所有的光波中，人类只能看见可见光，也就是从红光到蓝光这一段，其他的光波都是肉眼看不到的。

还有很多时候，我们会听到电磁辐射这个说法，电磁辐射是将电场和磁场中产生的震动效应延伸到了空间中。

科学逸事：我们看到的这个世界和这个世界原本的面貌并不完全一致，我们接收到的画面是基于感官可以接收到的信号形成的。

我想说的是，这个世界存在着人类看不到的光线和听不到的声音（众所周知，狗可以感知某些人类听不见的声波，也就是超声波）。

天文物理学家通常会利用不同频率的光波来观测天空，并且发现，通过不同的观察工具，如在可见光望远镜、X光望远镜、无线电波望远镜和紫外线望远镜下，天空展现出的情景都是完全不同的。

所以，宇宙在每一个频率的光线之下都有一个独一无二的面貌。

现在，在简单了解了关于不同光波的基本种类后，我们再次回到一开始的问题：为什么天空是蓝色的？这是因为地球上存在大气层。

当太阳发出的白光经历了8分30秒的传播抵达地球大气层时，会出现瑞利散射现象（瑞利散射规律是由英国物理学家瑞利勋爵于1900年发现的并因此得名）。

瑞利散射发生的条件是粒子尺度远小于入射光波长（小于波长的十分之一），表现为其各方向上的散射光强度是不一样的。

瑞利散射是指散射光线传播路径同入射光线的传播方向之间存在偏离，散射光线的强度与入射光线波长的四次方成反比，也就是说，波长愈短，散射愈强。

另外，由于光波的波长很大程度上决定了散射强度，因此短波光和长波光之间的散射效应差距很大（毕竟是四次方）。

由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比，所以太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长的红光的散射更明显，而短波中又以蓝光的能量最大。