天空与海洋为什么是蓝色的？
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天空与海洋为什么是蓝色的？在自然界中经常会发生各种各样色彩缤纷、绚丽多姿的光现象。如晴朗的天空是蔚蓝色的，旭日是红色的，朝霞和晚霞是彩色的等。这些光现象是怎样发生的呢？
1.天空为什么是蓝色的？
晴朗的天空是蔚蓝色的，这并不是因为大气本身是蓝色的，也不是大气中含有蓝色的物质，而是由于大气分子和悬浮在大气中的微小粒子对太阳光散射的结果。由于介质的不均匀性。使得光偏离原来传播方向而向侧方散射开来的现象，称为介质对光的散射。细微质点的散射遵循瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比。当太阳光通过大气时，波长较短的紫、蓝、青色光最容易被散射，而波长较长的红、橙、黄色光散射得较弱，由于这种综合效应，天空呈现出蔚蓝色。旭日为什么是红色的？早晨，阳光通过厚厚的大气层，这时紫光和蓝光被强烈散射，到达地平线时，已剩下无几，余下的只是波长较长的黄、橙、红光。所以，旭日是红色的。这些色光再经地平线上空的大气分子、尘埃、水滴等杂质散射，就使得那里天空呈现出绚丽的彩色，如果有云，它会把光线反射回来，云块上就会染上彩色，出现朝霞和晚霞。
这是因为太阳光线射人大气层后，遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒发生散射的结果。天空的蓝色只是在低空才能看见，随着高度的增加，由于空气越来越稀薄，大气分子的数量急剧减少，分子散射出的光辉逐渐减弱，天空的亮度越来越暗，到20千米以上的高度，散射作用
根据科学家的测定，蓝色光和紫色光的波长比较短，相当于 “小波浪”；橙色光和红色光的波长比较长，相当于“大波浪”。当遇到空气中的障碍物的时候，蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍，便被“散射”得到处都是，布满整个天空。天空，就是这样被“散射”成了蓝色。发现这种“散射”现象的科学家叫瑞利，他是在130年前发现的，他也是诺贝尔奖获得者。用“散射” 现象，你就可以解释下面这些天象了。比如在你头顶的天空是蓝色的，可是在地平线――天地相接的地方，天空看上去却几乎是白色的。为什么？就是因为阳光从地平线到你这个地方比起它直接从空中落下来，需要在空气中走的路程要远得多――而在一路上它所擦过的微粒子也自然就要多得多。这些大量的微粒子就这样多次散射出光，所以它显得白中透着淡蓝。
建议你做一个小实验来验证一下：拿一杯水，把它放在一个黑暗的背景里，放进一滴牛奶，再拿一只手电筒照射杯子的一端，并靠近它，手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色。如果你往水里放进的牛奶越多，水就越白，因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射，结果就是白色的。道理跟在地平线上空是白色的一样。太阳落山时的傍晚，天空不显现蓝色而显现红色，正在下落的太阳也变成暗红色，也是一样的道理。由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒，使得阳光中的紫色的和蓝色的部分往四面八方散射开去，仅留下一点点使你的肉眼看得见的橙红色光线――因为它们的波长长。
如果阳光从天空照射下来，它就会连续不断地碰到某些障碍――即使没有下雨。因为光所必须穿透的空气并不是空的，它由很多很多微小的微粒组成。其中的大多数，百分之九十九不是氮气便是氧气，其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒，它们来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒比一滴雨水小一百万倍，但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，并改变自己的方向：光线被散射出去，这是我们化学家和物理学家们的说法。波长短的蓝色光和紫色光比波长长的橙色光和红色光散射得多。所以散射的光中，紫光比红光几乎多10倍，而蓝光则几乎比红光多6倍。绿色的、黄色和橙色的光线，敌不过占优势的蓝色光线和紫色光线，所以我们觉得这些散射的光是蓝色的――天蓝色的。发现这一切的是英国物理学家和诺贝尔奖获得者瑞利勋爵，他在130年前就已经发现了：当光线透过空气偏离了它原来的直线方向时，光的波长不同，偏离的距离不同。后来人们为了向他表示敬意，便把这个散射过程叫做瑞利散射。如果你向天空看去，你主要看见的是阳光中被散射的蓝色的光，而不是未经散射的阳光。
2.海水为什么是蓝色的？
人眼看到的海水的颜色，是海水对太阳反射光的颜色。白光射向海水时，由于海水对白光的选择吸收和散射，使海水呈现蓝色。光通过介质时，光的部分能量被介质吸收而转变成介质的内能，使得光的强度随着光穿过的厚度而衰减的现象称为光的吸收。若某种介质在一定波长范围内，对光的吸收程度很小，并且随波长变化不大，这种吸收称为一般吸收；若某种介质对某些波长的光的吸收特别强烈，且随波长变化也很大，这种吸收称为选择吸收。太阳光射到海水上时，由于海水对红、黄色光进行选择吸收，而对蓝、紫色光强烈散射、反射，因而海水看起来呈蓝色。绝大部分物体呈现颜色，都是其表面或体内对可见光进行选择吸收的结果 。
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漫谈大海的颜色
翻开世界地图集，黄海、红海、黑海、白海会映入我们的眼帘。海的颜色为什么不同？彩色的海是谁的杰作呢？
太阳光线眼看是白色；可它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种可见光所组成。这七种光线波长各不相同，而不同深度的海水会吸收不同波长的光束。波长较长的红、橙、黄等光束射入海水后，先后被逐步吸收，而波长较短的篮、青光束射入海水后，遇到海水分子或其他微细的、悬在海洋里的浮体，便向四面散射和反射，特别是海水对蓝光吸收的少，而反射的多，越往深处越有更多的蓝光被折回到水面上来，因此，我们看到的海洋里的海水便是蔚蓝色一片了。
既然海水散射蓝色光，那么不论那个大海都应该是蔚蓝色的，但实际上，海洋却是红、黄、蓝、白、黑五色俱全， 这是由于某种海水变色的因索强于散射所生的蓝色时， 海水就会改头换面，五色缤纷了。
影响海水颜色的因素有悬浮质、离于、浮游生物等。大洋中悬浮质较少，颗粒也很微小，其水色主要取决于海水的光学性质，因此，大洋海水多呈蓝色；近海海水，由于悬浮物质增多，颗粒较大，所以，近海海水多呈浅蓝色；近岸或河口地城，由于泥沙颜色使海水发黄；某些海区当淡红色的浮游生物大量繁殖时，海水常呈淡红色。
我国黄海，特别是近海海域的海水多呈土黄色且混浊，主要是从黄土高原上流进的又黄又浊的黄河水而染黄的，因而得名黄海。
不仅泥沙能改变海水的颜色，海洋生物也能改变海水的颜色。介于亚、非两洲间的红海，其一边是阿拉伯沙漠，另一边有从撒哈拉大沙漠吹来的干燥的风，海水水温及海水中含盐量都比较高，因而海内红褐色的藻类大量繁衍，成片的珊湖以及海湾里的红色的细小海藻都为之镀上了一层红色的色泽，所以看到的红海是淡红色的， 因而得名红海。
由于黑海里跃层所起的障壁作用，使海底堆积大量污泥，这是促成黑海海水变黑的因素，另外，黑海多风暴、阴霾，特别是夏天狂暴的东北风，在海面上掀起灰色的巨浪，海水抹黑一片，故得名黑海。
白海是北冰洋的边缘海，深入俄罗斯西北部内陆，气象异常寒冷，结冰期达六个月之久。白海之所以得名是因为掩盖在海岸的白雪不化，厚厚的冰层冻结住它的港湾，海面被白雪覆盖。由于白色面上的强烈反射，致使我们看到的海水是一片白色。
彩色的海，是大自然的杰作。
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蓝色的海水与“拉曼效应”
1921年，在地中海行驶的轮船上，印度科学家拉曼乘船回国。一天，他在甲板上散步，偶然听到一对母子对话，儿子问：“妈妈，海水为什么是蓝色的？”年轻的母亲一时语塞。在旁边走过的拉曼告诉男孩：“海水之所以呈蓝色，是因为光反射了天空的颜色。”
在这之前，几乎所有的人都这样认为。这一解释出自英国物理学家瑞利勋爵。这位以发现“惰性气体”而闻名于世的大科学家，曾用太阳光被大气分子散射的理论解释天空的蓝色，并由此推断，海水的蓝色是反射天空颜色的结果。
拉曼告别了那一对母子后，心里总觉得自己的解释存在疑点。他深感自己不及那个男孩，缺乏那种在所有的“已知”中去追求“未知”的好奇心。
法国物理学家约里奥.居里，因轻言粒子轰击产生的射性为γ射线，而与中子的发现失之交臂，被年轻的物理家查德克夺走了此项发现的诺贝尔奖。
德国有机化学之父李比希，对从海藻中提取碘时沉淀下来的一层深褐色液体，轻率地贴上了一张氯化碘的标签，而在新元素溴的发现上输给了法国青年科学家波拉德。
两位前辈的前车之鉴，使得拉曼对任何事物的研究更为谨慎，更具独立思考。他回到加尔各答，立即着手研究海水为什么是蓝色的，并发现瑞利解释实验证据不足，令人难以信服，决心重新研究。
他从光线散射与水分子相互作用入手，运用爱因斯坦等人的涨落理论，获得了光线穿过净水、冰块及其他材料时散射现象的充分证据，证明是水分子对光线的散射使海水呈蓝色，这与大气分子散射太阳光使天空呈现蓝色的机理完全相同，进而又在固体、液体和气体中，分别发现了一种普遍存在的光散射效应，被人们统称为“拉曼效应”握住科学钥匙 打开科学之门
中国科协 新华网 主办
为什么天空是蓝色的？
科普中国——科学原理一点通
首先我们要知道一个道理：我们周围的事物之所以显现出颜色来，是因为阳光照射着它们。虽然阳光看上去是白色的，但是所有的颜色：赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，在阳光里都存在。
天空里有这么多颜色，为什么我平时看到的只有蓝色呢？
阳光从天空照射下来，会连续不断地碰到某些障碍。有氮气、氧气、气体微粒和微小的漂浮微粒等等。当光线遇到这些障碍的时候，自然也就改变了自己的方向。
蓝色光和紫色光的波长比较短；而橙色光和红色光的波长比较长。当遇到空气中的障碍物的时候，蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍，便被“散射”得到处都是，布满整个天空，就是这样被“散射”成了蓝色。
发现这种“散射”现象的科学家叫瑞利，他是在130年前发现的，他也是诺贝尔奖获得者。
用“散射”现象，同时可以解释下面这些天象了。
比如在你头顶的天空是蓝色的，可是在地平线—天地相接的地方，天空看上去却几乎是白色的。这是因为阳光从地平线到你这个地方比起它直接从空中落下来，需要在空气中走的路程要远得多，而在一路上它所擦过的微粒子也自然就要多得多。这些大量的微粒子就这样多次散射出光，所以它显得白中透着淡蓝。
建议你做一个小实验来验证一下：拿一杯水，把它放在一个黑暗的背景里，放进一滴牛奶，再拿一只手电筒照射杯子的一端，并靠近它，手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色。如果你往水里放进的牛奶越多，水就越白，因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射，结果就是白色的。道理跟在地平线上空是白色的一样。
太阳落山时的傍晚，天空不显现蓝色而显现红色，正在下落的太阳也变成暗红色，也是一样的道理。由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒，使得阳光中的紫色的和蓝色的部分往四面八方散射开去，仅留下一点点使你的肉眼看得见的橙红色光线，因为它们的波长长、“波浪大”，翻过了路上的障碍。
其实从地球以外望过来也是一样，覆盖我们地球三分之二面积的海水也散发着蓝光，陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色，然而上空却总是蓝色的。从宇宙中看来，整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱。
蓝色，就是生命的颜色。我们的地球就是蓝色星球。保护我们的地球就是保护我们的生命。
原理：光的散射是指光通过不均匀的介质时一部分光偏离原方向传播的现象，偏离原方向的光称为散射光。晴朗的天空是蔚蓝色的，是由于大气分子和悬浮在大气中的微小粒子对太阳光散射的结果，波长较短的紫、蓝、青色光最容易被散射，而波长较长的红、橙、黄色光散射得较弱，这种综合效应使天空呈现出蔚蓝色。
作者：雨果科普
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