晴天抬头,天是蓝的;傍晚看西边,天边和云却红成一片。有人以为天本身带蓝,或太阳变了色。其实是同一机制、两种光程的结果:阳光穿过大气,部分光被空气分子与微粒拨向四面。不是天空被染了色,而是不同颜色的光被分开送进眼里。 中国气象局与科普中国说法一致。
太阳光看着白,实为多色光混合,波长不同。光遇到尺度远小于波长的气体分子、微尘,一部分偏离原方向散向四面,这叫散射,科普中国《瑞利散射》词条称其为瑞利散射。散射只改去向却挑波长:短波蓝紫光比长波红橙光更易散开。进到眼里的主要是短波散射光,晴空显蓝;直射光沿途被拨走短波,剩下偏长波,早晚便显红橙。天蓝与霞红不是两套原理,是同一束光被分成了两路。 天空不呈紫色,公开科普归因于日光紫光偏少与人眼对蓝光更敏感。
正午太阳高,光近乎直穿大气,路程短,短波损失有限,直射光仍近白。日出日落太阳贴近地平线,光要斜穿更厚的大气才到眼前,蓝紫沿途被反复散射所剩不多,红橙黄这类长波受影响小,容易留下来。中国气象局的晚霞科普讲得清楚:路径越长保留下来的越是长波,所以日出日落时天空多呈红橙黄,这就是朝霞晚霞。云不当光源,只当幕布,被红橙光照亮才有成片火烧云;越近地平线霞越偏红,越往高处天越偏蓝。
光被染红只是前提,看见成片霞还看条件。气象科普列出几条:日出日落前后,光来的方向没有降水和低云遮挡;本地大气透明度高、能见度好;天上恰有合适的云当幕布。雨后易出大范围晚霞,正因为降水冲走尘埃、空气通透,云团尾部留下大片云,西边转晴,光才有通路。挑雨后初晴、西边透亮而天上有云的傍晚,比守着万里无云更可能看到霞。 别久盯日面,也别把长焦对着太阳。
误区一是把霞当污染或天气判据。霞色浓淡与光程、水汽尘埃有关,气象科普提到霞光显著常反映水汽多,但只是观察线索,不等于空气质量结论,更不能拿一次晚霞推断整季冷暖;借霞安排出行只能参考。
误区二是和别的光学现象混淆。日晕、彩虹的彩色来自冰晶或水滴折射,白光拆成色带叫色散;筷子入水像折断、池水看着浅,是介质界面的折射,都不是散射。红绿灯用红色作停止信号,借的是长波在雾雨里不易被散开,讲的是配色,与天色成因不同。
误区三是以为雾天发白也是同一种散射。较大的水滴、尘埃尺度接近波长时,散射不再挑波长,各色光被一视同仁拨开,云雾呈白灰,这属另一类散射,科普中国叫它米氏散射。没有哪条国家标准规定天空该是什么颜色,也没有所谓标准蓝。
一句话总结:晴空发蓝是短波被空气分子散向四面,朝霞晚霞发红是长波穿过厚大气照亮了云;看懂散射与光程,既能挑对时机看霞,也不会把霞色当成天气和空气的判据。