天空和海水都呈蓝色

天空和海水都呈蓝色

我国唐朝文学家王勃，在他所写的一篇叫《滕王阁序》的文章中提到过“秋水共长天一色”;诗人白居易也在他的《忆江南》的词中提到“春来江水绿如蓝”。确实，当我们航行在海上，一眼望去，那无边无际的碧蓝海面，在遥远的地方和蓝色的天空融合在一起真是美极了。

一束太阳光是由七种颜色的单色光组成的，它们是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。当这七种单色光并肩前进时，人们看不出它们各自的真面目。

太阳光穿过大气后，射到地球表面。天空呈蓝色，是由于大气层中空气分子与太阳光相互作用的结果。为了理解空气分子的作用，可将空气分子看作是微小的光谐振子。我们先考虑相似的声振动，让某一特定频率的声波直接传向一个音叉，当音叉的固有频率与传来声波的频率相接近时，这个音叉的振动较强，同时将吸收的声能有效地最再发射到各个方向上，即调谐音叉将声束散射了。当入射波的频率和音叉频率相同时，音叉产生的振动最强，散射的声能也较强;当频率不匹配时，音叉可能产生受迫振动，但不像谐振时那么强。所以入射波频率越接近散射介质的频率，产生的振动和散射就越强。这不仅对声波，对于光波也是如此。

我们可以认为大气粒子象微小的“光学音叉”，微粒越小，固有频率越高。大气的主要成分是氮分子和氧分子，它们是很微小的谐振子，它们的固有频率在电磁波谱的紫外部分，太阳发出的紫外光被大气中的氮和氧分子散射(多数的紫外线被大气上层的臭氧层所吸收)。虽然可见的紫光频率对分子谐振是太低了，但是，它与分子谐振频率足够接近，所以能引起明显的受迫振动和散射。蓝光也能以同样的方式散射，但比紫光弱，绿光又比蓝光弱，更低频的就更弱了。因此，当太阳光进入大气层的时候，被散射的紫光和蓝光较多，而绿的、黄的、橙的和红的将依次减少。虽然被大气音叉散射的紫光比蓝光多，但我们的眼睛对蓝光比对紫光更灵敏，因此，我们看见的天空是蓝色的。

当空气由无数比氮和氧分子明显大得多的灰尘和其他粒子所充满的时候，太阳光中较低频成分的散射会增加，天空看起来就不怎么蓝，而是显得更加灰白了。但是，在暴雨之后，这些较大的粒子被冲洗后，天空就又呈现较深的蓝色。

而大海之所以呈蓝色也是由于太阳光的巧手打扮。海水中悬浮着小微粒，这些小微粒充当光谐振子，使蓝光频率附近的光发生散射，再从海水中折射出水面后进入人眼，所以我们看到海水是蓝色的，海水越深，散射后返回的蓝光和青光越多，所以海水越蓝。