為什麼朝陽、落日的光線會呈現金黃色?

給人感覺很舒服,而正午的太陽光卻是蒼白的味道。


這種現象是由「瑞利散射」導致的。
http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering

所謂瑞利散射,就是光子跟別的微小顆粒發生彈性散射(可以理解為碰撞),然後彈開。由於散射過程中光子沒有損失能量,故顏色(波長、頻率)不變。

太陽光(白光)是由不同頻率(顏色)的光以一定比率混合起來的,符合黑體輻射規律。
http://en.wikipedia.org/wiki/Sunlight
如果在宇宙空間直接觀察太陽,會發現太陽是白色的,周圍為黑色背景。但在地球表面看的話,由於太陽光在穿過大氣層時跟大氣中的顆粒(比如大氣分子、灰塵等)相互作用,而這些作用很多又跟光的波長(顏色)有關,我們看到的太陽光跟在大氣層外面看到的組份不同。比如下面這張圖:

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png

對人眼看到的太陽光的顏色來說,瑞利散射是影響最大的。瑞利散射的強度跟波長的四次方成反比,也就是說波長越短(頻率越高,偏藍紫色),被散射的強度越大。可見光中紫色光波長最短,紅色波長最長。也就是說通過大氣層入射到人眼的太陽光已經改變了組份,相對來說,紫色光更多了,藍色其次,然後是綠、黃、。。。紅。當然還有一部分光線在穿過大氣層時沒有發生散射,會直射到地面。兩種光的整體效果就是我們感受到的光線偏藍(也就是更蒼白一些)
下劃線的說法有問題,見下面引用
=======
感謝 @張瑋 指正:
其實我是想說你的最後兩段說的不太清楚,大氣層入射到人眼的太陽光已經改變了組份,紅光比例增加,紫光比例減小,結果是我們在地面看到的太陽光比在太空中看到的偏紅。正午太陽光直射,穿過的大氣層相對薄一點,這種效果不太明顯,只是微微偏紅,而朝陽和落日穿過的大氣層厚,使得我們看到的太陽是紅色的。不存在偏藍的情況。
=======

早晚的太陽處在地平線附近,陽光到達人眼需要穿過更厚的大氣層,也就是說瑞利散射被加強了。這時直射到眼睛的太陽光線中藍紫端的光變少,紅黃端相對強度變大,因此人眼感受的太陽光偏紅黃。整體來說,由於散射變強,直射光強度變小,早晚的太陽也不是那麼刺眼了。


朝陽、落日的時候的色溫比較低,整體偏暖色調。正午色溫比較高(6500K左右吧!),屬於定義的「白光」,在人眼看來是無色的。
為什麼朝陽、落日的時候光線是金黃色,具體記不太清楚了。朝陽、落日時分,光線達到地面要橫著穿過大氣層,路徑遠遠增大。紅光和黃光的波長較長,穿透力較強。應該與此有關。


推薦閱讀:

人眼的夜盲和相機的夜間噪點是否有呈像原理上的類似?
為什麼不使用光代替無線電波進行通信?
SVOM 天文衛星項目選用的「模仿龍蝦的 X 射線鏡片」是如何做到將鏡片重量減少到十分之一的?
光在暗物質中是如何傳輸的?
使中國長城能夠在月球上被看到最經濟的方法是什麼?

TAG:自然科學 | 顏色 | 物理學 | 光學 | 太陽 |