抬头，又是一个蓝(lan)天白云的好日子。等等，一(yi)个古怪的问题突然浮现在脑海(hai)中：
天，为什么是蓝(lan)色的？
多彩的阳光，为这道蔚(wei)蓝色涂上了第一笔。
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太阳光(guang)的本质是来自太阳的所有电磁辐射，从(cong)最高能的紫外线，到肉眼可辨识的可见光，再到部分近(jin)红外光谱。
com光的能量越高(gao)，波长越短，因此在可见光中(zhong)蓝光和紫光的波长较短(duan)而能量较高，而橙光和红光的波长较(jiao)长而能量较低。
所以(yi)，当白光经过三棱镜时，不同波长的(de)光就会被折射向不同的方向，造(zao)就奇妙的色散现象。
在天空中，类似的(de)奇妙过程也在悄悄发生着，不过(guo)这个过程中发生作用(yong)的并不是什么人造的三棱(leng)镜，而是天空中漂浮的各种(zhong)微小粒子，氧、氮(dan)、水、二氧化碳以及(ji)氩等等，这个过程叫做瑞利散射。
瑞利散射指的是像它(ta)们这样半径比光或者其他电磁辐射(she)的波长小得多的微(wei)小颗粒对入射光(guang)束的散射。在气体、液体和固体中瑞利(li)散射都在悄然发生，只不过在气体中最(zui)为明显。
根据瑞利散射的规律，光(guang)的强度越高，波长越短，被散(san)射也就越厉害。因此，波(bo)长最短的紫光的散射频率，要比波长最长的红(hong)光的散射比例高出 9 倍以上(shang)。
当太(tai)阳高悬天空中央，阳光垂直或者稍有斜(xie)角地摄入大气层，其实只有很(hen)少一部分的红光会被散射，而蓝光(guang)则大部分都被散射了，布满了(le)整个太空。
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此时，当(dang)我们抬头仰望天空，自然会感叹(tan)于天空的澄澈与蔚蓝(lan)。但是，在朝阳升起或者夕阳落(luo)下的时候，情况却(que)略有不同。太阳光(guang)接近水平射入大(da)气层，阳光中的偏蓝光都因(yin)为瑞利散射而被散(san)射到了我们看不到的(de)角度，因此，天空就被印成了(le)美丽的橙红色。因为(wei)太阳位置和我们观测时所处(chu)未知的变化，天空也会呈现为十(shi)分美丽的渐变色。
朝阳升起时(shi)，随着太阳的角度(du)越来越高，蓝光开始占(zhan)领天空，于是天空由橙红(hong)转向蓝色。
夕阳落下(xia)时，随着太阳的角度(du)越来越低，红橙(cheng)光洒满天际，于是天空便映衬着(zhe)十分美丽的晚霞，太阳本身也(ye)会在此时显得格外红，像一颗饱(bao)满的咸鸭蛋一般。
说到这里，你大概会想问(wen)既然较短波长的光被散射地比较厉害，那么比蓝光波长更短(duan)的紫光呢？比它波长稍长一些(xie)的绿光呢？
其实，这就与人类的眼睛以及大脑构(gou)造有关了。事实上，天空中(zhong)散射的紫光当然比蓝光多得多，但是很(hen)可惜，人眼并不能(neng)识别出它们。人类是三色视觉，拥有三种识别颜色的视椎(zhui)以及单色视杆。
当(dang)我们接收到一个颜色信号时，大脑会自(zi)动对它进行解析，并且将之与一(yi)种颜色匹配，此(ci)时我们就产生了对于颜(yan)色的认知。而我(wo)们的眼睛对于蓝色、青色、绿色的光的反应，都比对紫色(se)光的反应更强，虽然我们看到了(le)更多的紫光，但是我们对它不敏感(gan)，接受的信号强度不够强，压不(bu)过蓝光的信号强度。
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因此，我们的大(da)脑会优先将我们看到的天空处理成(cheng)蓝色。
也就是(shi)说，如果我们对(dui)于紫光更敏感一些，其实我们看到的(de)天空应该是偏紫色的，那场面可(ke)能会有点魔幻。
此外，当绿光和红光相(xiang)比时也是同样的原(yuan)因，对于人类的视(shi)觉系统来说，红光和绿(lu)光同时存在时，我们并不能很(hen)好地分辨出绿光，大(da)脑反而会将这个颜色处理成(cheng)黄色。
而且因为在早晨或者傍(bang)晚时，绿光损失地比红光多，这样调(diao)合一下，我们看到的(de)天空就是熟悉的(de)橙黄色或者橙红色了。
也就是(shi)说，大脑里反映出来的颜色(se)，并不是直接对(dui)应光的波长，我们的视觉还有进(jin)一步的加工过程。
这就是蓝天的真相(xiang)，它并不全部是蓝色的(de)，而只是我们的大(da)脑让我们主要看到了蓝色。
出品｜科普中国
作者｜海德拉
审核｜罗会仟 中国科学(xue)院物理研究所副(fu)研究员
