抬头，又是一个蓝天白云(yun)的好日子。等等，一个古怪的问(wen)题突然浮现在脑海中：
天，为什么(me)是蓝色的？
多彩(cai)的阳光，为这道蔚蓝色涂(tu)上了第一笔。
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太阳光(guang)的本质是来自太(tai)阳的所有电磁辐射，从最高能的紫外线(xian)，到肉眼可辨识(shi)的可见光，再到部(bu)分近红外光谱。
com光的(de)能量越高，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(er)橙光和红光的波(bo)长较长而能量较低。
所以，当白光经过三棱镜(jing)时，不同波长的光就会被(bei)折射向不同的方向，造就奇妙的(de)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的并(bing)不是什么人造的三棱镜，而(er)是天空中漂浮的各种微小粒子，氧(yang)、氮、水、二氧化碳以及氩(ya)等等，这个过程叫做瑞利(li)散射。
瑞利散射指的是像它们这样(yang)半径比光或者其他电磁辐射的(de)波长小得多的微小颗粒对入(ru)射光束的散射。在(zai)气体、液体和固体中瑞利散射(she)都在悄然发生，只不过在气体中(zhong)最为明显。
根据瑞利散射的规律，光(guang)的强度越高，波长越短，被散射(she)也就越厉害。因此，波长最短的紫光的(de)散射频率，要比波长最长的红光的散(san)射比例高出 9 倍以上。
当太阳高悬天空中(zhong)央，阳光垂直或者稍有斜角地摄入大(da)气层，其实只有很少一部分的(de)红光会被散射，而蓝光则大部分都被散(san)射了，布满了整个太空(kong)。
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此时，当我们抬(tai)头仰望天空，自然会感叹于(yu)天空的澄澈与蔚蓝。但是，在朝(chao)阳升起或者夕阳落下(xia)的时候，情况却略有不同。太阳光接(jie)近水平射入大气层，阳光中(zhong)的偏蓝光都因为瑞利散射而被散射(she)到了我们看不到的角度，因此，天空就被印成了美丽的橙红色。因(yin)为太阳位置和我们观测时所处未(wei)知的变化，天空也会呈现(xian)为十分美丽的渐变色。
朝阳升起(qi)时，随着太阳的角(jiao)度越来越高，蓝光开始占领天空(kong)，于是天空由橙红转向蓝色。
夕阳落(luo)下时，随着太阳的角度越来越低，红橙(cheng)光洒满天际，于是天(tian)空便映衬着十分美丽的晚(wan)霞，太阳本身也会在此时(shi)显得格外红，像一颗饱满的咸鸭蛋(dan)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(bi)较厉害，那么比蓝光波长更短的紫光(guang)呢？比它波长稍长一些的绿光呢？
其实(shi)，这就与人类的眼睛以及大脑构造有关(guan)了。事实上，天空中散射的紫光当然比(bi)蓝光多得多，但是很可惜，人眼并(bing)不能识别出它们。人类是三色(se)视觉，拥有三种识别颜色的视椎以(yi)及单色视杆。
当我们接收到一个颜色信(xin)号时，大脑会自动对它进(jin)行解析，并且将之与一种颜色(se)匹配，此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(se)、青色、绿色的光的反应(ying)，都比对紫色光的反应更强，虽(sui)然我们看到了更多(duo)的紫光，但是我们对它不敏感(gan)，接受的信号强度(du)不够强，压不过蓝光的信号强(qiang)度。
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因此，我们(men)的大脑会优先将我们看到的天空(kong)处理成蓝色。
也就是说，如果我们(men)对于紫光更敏感一些，其(qi)实我们看到的天空应该是偏紫色(se)的，那场面可能会有点魔幻。
此外，当绿光和红光相比时也是同(tong)样的原因，对于人类的视觉系统来说，红光和绿光同时存在时，我们并不能很好地分辨出绿光，大脑(nao)反而会将这个颜色处理成黄色(se)。
而且因(yin)为在早晨或者傍晚时，绿光损(sun)失地比红光多，这样调(diao)合一下，我们看到的(de)天空就是熟悉的橙(cheng)黄色或者橙红色了。
也就是说，大脑里反(fan)映出来的颜色，并不是直(zhi)接对应光的波长，我们的视觉还(hai)有进一步的加工过程。
这就是蓝天的真相，它并不(bu)全部是蓝色的，而只(zhi)是我们的大脑让我们主要(yao)看到了蓝色。
出品｜科普中国
作者｜海德拉
审核(he)｜罗会仟 中国科学院物理研究所(suo)副研究员
