为什么天空是蓝色的而日落是红色的

阅读约 4 分钟

白天天空呈现蓝色，而日出和日落时通常闪耀着红色和橙色。这种现象主要是由于阳光与地球大气层相互作用的方式造成的，这一过程被称为 Rayleigh scattering [1]。

蓝色天空

阳光在我们的眼中呈现白色，但实际上它是由彩虹的所有颜色组成的，每种颜色具有不同的波长 [2]。地球大气层包含微小的气体分子，主要是氮气和氧气 [1]。当阳光进入大气层时，这些微小分子会将光线向四面八方散射 [2]。

Rayleigh scattering 决定了短波长的光比长波长的光散射效率高得多 [1]。在可见光谱中，蓝色和紫色光的波长最短，这意味着它们被大气分子散射得更为强烈 [3]。由于蓝光在天空中被散射，使得天空在我们的眼中呈现蓝色 www.nesdis.noaa.gov。

虽然紫色光的波长比蓝色更短，散射也更强烈，但我们的眼睛对蓝光更敏感。此外，部分紫光在高端大气层被吸收，这就是为什么我们感知到天空是蓝色而非紫色 [4]。

红色日落

在日出和日落时，太阳处于地平线较低的位置，这意味着它的光线需要穿过厚得多的地球大气层才能到达我们的眼睛 weather.metoffice.gov.uk。在这段较长的路径上，几乎所有的蓝色和紫色光都被散射掉，实际上被过滤掉了 www.nesdis.noaa.gov。

能够直接穿过大气层到达我们眼睛的是长波长的颜色：红色、橙色和黄色。这些颜色的散射效率低得多，能够更直接地穿透较厚的大气层，从而产生了在日出和日落期间看到的壮丽的红色和橙色 weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov。

污染和灰尘的影响

空气污染和灰尘会显著改变日出和日落的颜色 [2, 7]。灰尘、烟雾和来自污染的气溶胶等颗粒通常比洁净大气中的气体分子大。这些较大的颗粒也会散射光线，如果存在量适中，它们可以增强蓝光的散射，从而导致更鲜艳的红色和橙色调 [2]。然而，过量的大颗粒或极多数量的颗粒会不分波长地散射所有光线，使天空看起来朦胧或暗淡 [2]。

其他世界的天空

没有实质大气层的行星（如月球）即使在白天天空也是黑色的，因为没有分子可以散射阳光 [8]。在火星上，由于稀薄大气中普遍存在细小灰尘，天空通常呈现奶油色、黄褐色或红橙色 [8]。这种富含氧化铁的火星灰尘吸收蓝光，并更有效地散射红光和黄光。有趣的是，火星的日出和日落时，太阳周围可能会出现蓝色，因为当太阳处于地平线较低位置时，灰尘会将蓝光向前散射到观察者方向 [8]。