天空為什麼是藍的？

天空為什麼是藍的？原因並不像常見回答中所說的，是因為「空氣中會有許多微小的塵埃、水滴、冰晶等物質，當太陽光通過空氣時，波長較短的藍、紫、靛等色光，很容易被懸浮在空氣中的微粒阻擋，從而使光線散射向四方，使天空呈現出蔚藍色。」

與可見光的波長（約400納米~700納米）相比，空氣中的塵埃、水滴等微粒遠遠大於陽光中的可見光波長，因此當陽光遇到這些顆粒物的時候，它們會向不同的方向反射。但是，這樣的反射對於不同波長（或者說不同顏色）的光來說，效果都是相同的。換句話說，塵埃等顆粒物反射出來的，仍然是包含所有顏色的白光。如PM2.5即空氣中懸浮著的尺度≤2.5微米的顆粒物造成的污染，所以當空氣污染指數很高的時候，天空會是白茫茫的一片。

那天空為什麼是藍色的呢？實際上，空氣中確實存在大量尺度比可見光波長更小的微粒就是空氣中的多種氣體分子，比如氧氣和氮氣分子的「直徑」都是0.3納米左右。遇到這些氣體分子的時候，有些光子就會被吸收。一段時間之後，分子又會釋放出另一個光子。放出的光子跟吸收的光子顏色相同，但是方向變了。雖然所有顏色的光子都會被吸收，但頻率較高（即顏色較藍）的光子比頻率較低（顏色較紅）的光子更容易被吸收。這個過程被稱為瑞利散射，是以19世紀70年代最先描述這一過程的英國物理學家約翰?瑞利爵士的名字命名的。

那麼，藍色光更容易與空氣分子發生瑞利散射，又怎麼會產生藍天呢？先做個簡單的假設，如果不存在任何空氣，天會是什麼顏色？雖然我們大多數人都沒有上過太空，但從阿波羅登月的紀錄片中可以看到，月亮上哪怕太陽當空照，天空仍然是黑色的。原因如下圖：

由於空氣中存在瑞利散射，情況就完全不同了，陽光在大氣的傳播途中，偏藍色的光更容易發生瑞利散射而被偏折到了與陽光原來傳播的方向不同的方向上。於是，我們就算不直對著太陽看，而是朝天空中的其他方向上看，也總有被空氣分子散射的光子（更多的是藍光）射入我們的眼睛，於是就看到了藍天。

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