为什么晴朗的天空是蓝色的

蔚蓝、钴蓝、靛蓝、幽蓝……深深浅浅，清澈悠然。我们用尽各种各样的蓝色描述我们头顶的天空，那谜样的蓝色在天空中无远弗届，叫人无比神往。蓝天白云的美好景象你或许已经习以为常（可惜随着大气污染的日益严重，这种景象对于生活在大城市的人们来说并非“习以为常”），但是你或许有过这样的疑问：既然包围着地球的大气是没有颜色的，我们头顶的天空为什么是蓝色的呢？

也许听上去很神奇，晴朗天空那样纯净的蓝竟是炽白带金黄的太阳光所给予的，是糅合了七色光的太阳白光把蓝色分给了天空。

我们都知道光在均匀介质中沿直线传播，太阳光到达地球大气后本来继续沿着固有方向奔向地面，然而却遇到了空气分子（主要是氮和氧），于是小部分的光不得不改变方向，这就是光的散射。散射的光会奔向各个方向。然而，并非所有颜色的光都会被散射掉，这跟它们的波长有关。光实质上是一种电磁波，带有红橙黄绿青蓝紫各种色光，波长依次缩短。形象地说，这些光里，红光“腿”最长，小小障碍物根本挡不住它的去路，它很快就越过了障碍穿透大气，橙黄绿青光都尚可穿透，而“腿”短的蓝紫光在受阻后，向各个方向散射，正是它们赋予了天空蓝色。

在大气层以外，缺失了起散射作用的空气分子，天空的蓝色也就消失了。因此在太空里看，天空就是宇宙的颜色——漆黑，镶嵌着闪亮的星星。

值得一提的是，我们现在已经认识到使蓝光偏折的是空气里的氧、氮等分子，但在近200年前很多物理学家可并不这么认为，当时大家都信奉“丁铎尔散射模型”为天呈蓝色的最佳解释。丁铎尔是英国物理学家，他第一个提出是空气尘埃微粒、水滴和冰晶散射太阳光造就了蓝天。这个理论受到后人的质疑：如果丁铎尔是正确的，在不同的地区或季节，蓝天就会随着天空的尘埃、水滴和冰晶分布不均匀而深浅不同，但事实上，潮湿地区的天比沙漠地区的更蓝吗？130年前，英国科学家瑞利男爵以分子散射理论来解释天的蓝色。他提出，天空之所以呈现蓝色，起散射作用的微粒远比光的波长小。为了纪念他，人们称这种散射为瑞利散射。

无论在哪儿，晴朗的天空总是呈现引人遐思的蔚蓝色

瑞利当时已意识到，如果空气分子是均匀分布的，它们对蓝光的散射就会被整齐划一地抵消掉，这就糟糕了。该如何证明氧和氮这些分子是没有规则地分布在空气中的呢？这个问题最终留给了一代物理巨匠爱因斯坦来完成。他证明了空气分子存在自身的密度涨落，简而言之，空气分子本身在不停地进行无规则热运动，使宏观小体积内的分子数时多时少，而这种不规则正好能产生我们头顶的蓝天。

你看，一个看似简单的问题，却经过几代科学家的努力才有了迄今最完善的答案，科学的艰辛在于此，科学的魅力也在于此。（麦楚红）

【科学人】约翰·斯特拉特

斯特拉特（1842—1919）出身英国贵族，是家族中的第三代瑞利男爵，从小受到良好教育。瑞利男爵有着严谨而广博的科学思维，在诸多物理学领域有杰出贡献。1904年，他因和拉姆塞同时发现了惰性元素氩（Ar）而荣获了诺贝尔物理学奖。1877—1878年，他导出了分子散射公式，这个公式被称为瑞利散射定律，可用以解释天空为什么呈现蓝色。