為什麼我們看不見空氣?

從出生開始,我們幾乎每一分鐘都在呼吸著空氣,然而在絕大多數時間裡,我們卻看不見空氣。

這是因為在漫長的進化中,是我們適應空氣,而不是空氣適應我們。也就是說,空氣的特性決定了生物的色覺。

而這就帶來了一個嚴峻的現實:我們能夠以驚人的速度改變大氣,卻不能以同樣的速度適應這種改變,於是當我們開始看到空氣,一切就都變得不同了。

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-文字稿-

空氣作為生命的要素,充盈在我們周圍,然而我們看不見它——這是為什麼?

一個透明物體要被看到,要麼有不均勻的折射率,表現為扭曲物象;要麼能吸收某個波長的可見光,表現為有顏色;然而這兩種特性空氣都不具備。

空氣是一種很稀薄的介質,折射率即使不均勻也不太可能被人眼覺察,只有某些異常強烈的局部溫差才會帶來顯著的大氣光學現象,比如沙漠里的海市蜃樓。

空氣更不可能吸收可見光。進化讓生物適應環境,而不是讓環境適應生物。空氣以怎樣的波長比例透過日光,地球生物就會進化出怎樣的色覺,所以如果空氣吸收了某個波長的光,這種光就不會成為可見光了。

然而如果整個太陽光譜都可見,空氣會明顯地顯出紫色。這是因為水蒸汽和二氧化碳在紅外波段有顯著的吸收,可見光和紫外線就顯得更亮了。

而那些被吸收了紅外線無法被地表反射回宇宙,就會把能量留在空氣里,這就是溫室效應的本質了。

其次,即使將空氣中的水分和二氧化碳全部排除,留下乾燥的,幾乎完全由氧氣和氮氣組成的空氣,那麼仍有一部分紅外線會被氧氣特異吸收。

這種特質可能會在未來探索地外生命的時候派上用場。由於氧氣這樣活潑的單質,幾乎不可能被生命活動之外的過程富集。如果我們能在某個行星大氣的光譜中發現氧氣的特異吸收,就幾乎可以確定那裡有生命的蹤跡。

回到我們寓居的這個星球上來,其實空氣也並非真的看不見,當我們抬起頭,還是能看到顯著的藍色,那就是空氣以不同程度散射可見光產生的顏色。

通常,空氣中分子的直徑遠遠小於可見光的波長,這會對可見光產生明顯的瑞利散射,波長越短,散射越強。而我們的視覺又對藍色更加敏感,因此看到了藍色的天空。

為此,風景畫也要將遠景畫得偏暗、偏藍一些,就是所謂的「空氣透視」。

而當陽光從地平線附近穿過更加厚實的大氣,太陽附近的天空就只剩下散射較少的紅橙光,朝陽和落日因此有了紅艷的霞光,在火山活動強烈的年份,平流層的超細微粒還會加強這一效果。

而當空氣中含有和光波長差不多的微粒,比如陰天的水滴,米氏散射就開始主導,所有波長的光都以類似的強度散射。或者出現更大的塵埃,令短波長的光難以穿透,我們就將看到黃橙色的天,這在揚沙浮塵天氣中格外的顯著。

在那些大氣成分失控的行星,金星的空氣因為瀰漫著厚重的硫酸滴而擁有駭人的黃色天空。火星瀰漫的鐵氧化物浮沉則把天空染成了紅色,卻令落日顯出詭異的藍色。

但隨著人類活動向大氣釋放越來越多的廢氣和粉塵,被污染的空氣也將表現出明顯的米氏散射,令天空變得蒼白,令遠景變灰。尤其比如惡名昭彰的PM2.5,它們是直徑2.5微米以下的顆粒,剛好形成強烈的米氏散射,帶來明顯的霧霾。

為此,我們不得不制定專門的標準評價空氣污染程度,空氣質量指數(AQI)用綠黃橙直到褐紅色標記了不同程度的污染情況,這又構成了一種符號化的「空氣顏色」。

與此同時,設法濃縮受污染的空氣,暴露污染的顏色也成為了行為藝術的新題材,比如麻省理工學院的 Graviky 實驗室過濾了汽車尾氣中的碳顆粒,製成了黑色墨水,命名為AIR-INK。

而為了呼籲公眾關注呼吸健康問題,瑞典的空氣凈化器品牌 Blueair前往多個城市,將空氣污染物濃縮瓶裝,在根據空氣質量指數染色,構成了最形象的城市空氣質量報告。

從12月22日起至27日,Blueair 將在上海正大廣場的空氣博物館展示用五個城市的空氣製成的空氣瓶。同時帶來用污染空氣製成的「空氣墨水」,和墨水繪製成的藝術品。

選擇來自瑞典的Blueair空氣凈化器,它能在安靜運行中高效去除室內空氣中的PM2.5顆粒物、過敏原、病菌、等有害物質,讓空氣變得更純凈,透明.

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