大氣現象大哉問! | 科學Online
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又雲為何白呢?這些有趣的問題,就讓我們今天一一來說個分明吧! 1.為什麼白天時天空是藍色的,黃昏時偏橘紅色呢? 在晴朗無雲的時候望向天空,映入 ...
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大氣現象大哉問!(Questionsabouttheatmosphere)
國立臺灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
偶爾仰望天空,看得見天空之美,但心中不免浮起一些疑問,例如天為何藍?又雲為何白呢?這些有趣的問題,就讓我們今天一一來說個分明吧!
1.為什麼白天時天空是藍色的,黃昏時偏橘紅色呢?
在晴朗無雲的時候望向天空,映入眼簾盡是一望無際的蔚藍。
然而我們心中不免有些疑問,為什麼天空是藍色的呢?但又不是整天都是藍色的,接近傍晚日落時天空卻呈現橘紅色,這是為什麼呢?在此我們就來解答吧!
作者Hsiung/d6478coke@flickr
太陽光雖然是白光,但其實是由不同顏色的光所組成的。
而當光線照射到空氣分子的時候,會造成光行進的方向有所改變,而形成散射的情形,並且光線散射的程度會與光的波長的四次方成反比。
光線的組成中,偏向紅光波長越長,偏向紫光波長越短,所以產生散射的程度紫光會比紅光來的容易,於是當我們望向天空的時候應當是最容易看到偏紫色的光。
但是又為什麼我們看到的天空不會因此而是紫色的呢?那是因為人眼對於紫光的光感較差,所以與藍光相較之下我們會較易感受到藍光,所以看到的天空就是藍色的了。
而在接近傍晚日落時,看見天空與雲都變成了偏橘紅色,這又是為什麼呢?那是因為當太陽西沉時,陽光必須穿過較厚的大氣層,這時候偏色藍的光多早已散射,所以到達我們眼睛時,剩下較多的就會是偏紅色的光線,所以傍晚落日時分,天空才會看起來偏橘紅色。
而雲又為何也會成相同的顏色呢?那是因為雲的顏色取決於照射在雲上面的光的顏色,所以當日落時光線偏橘紅色,雲會反射這些顏色的光並呈現這些顏色,所以才會連雲都看起來變了顏色,呈現橘紅色了!
2.為何雲多是白色的呢?厚的雲為何會偏灰黑色呢?
當陽光照射進雲朵中的水滴或冰晶時,這些水滴或冰晶的大小(大約或大於10µm)遠大於可見光光波的波長,所以足以讓不同顏色的可見光強烈地散射。
而當光線在這些水滴或冰晶之間往各方向做多重散射時,只有微小的部分會被吸收,大多則都會散射,而最後散射出來的光線包含各種可見光波長,所以綜合起來就組成了白色,所以我們看到的雲朵才通常都是白色的。
然而,若是雲多發展得較厚,所含的水滴就越多,這時候雲頂上的陽光照射下來,大多會被反射,而不易穿透過發展得很厚的雲朵,也就使得較少的陽光能夠穿過雲曾到達雲底,也使得在雲底的散射就會不明顯,所以我們看到的雲就比較不明亮而顯得暗沉偏灰黑色了。
而且若是雲朵中的水滴十分大的時候(例如欲降雨前的水滴),這些水滴反而就變成較不易散射,反而較易吸收光線,所以這時候若陽光照射到大水滴時,多半的光線會被吸收,所以能穿過雲層到達觀察者眼中的光線就更少了,所以雲層看起來就更灰暗了(圖1)。
簡而言之,當陽光照射到雲裡是較細小的雲滴或雨滴,多會散射或反射陽光,使得能穿透雲層的陽光減少,雲看起來會略帶灰色;而當雲層發展得較旺盛較厚的時候,雲層裡的水滴較大,這時則多會反射及吸收陽光,所以能穿過雲層的光線就更少,看起來就成了烏雲囉!
圖1光被不同厚度的雲反射(藍色線)、透射(紅色線)和吸收(綠色線)的百分比圖資料來源:郝孟騫(2011)。
雲的色彩。
2011年6月29日,取自http://www.hko.gov.hk/education/…_cloudcolours_c.htm
3.為何有時會看得見太陽由雲中照射出來的光線呢?
理論上,我們應該是看不見光的線條,然而有時候卻會在早晨或傍晚時分,看見陽光從雲朵間照射出來,一條條光線卻如此分明,若是在日落西沉時更可以看見金黃色的光線從自雲間撒落十分壯觀(圖2)。
這種光芒稱為曙暮光(crepuscularray),這種現象的產生主要是因為太陽光被懸浮在空氣中的粒子散射所致,且通常在清晨和黃昏時較容易看到。
圖2從雲細縫間撒落的陽光資料來源:洪秀雄(2010)。
為什麼會有雲隙的萬箭光芒。
2011年6月29日,取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/crepus0.htm
參考文獻
1.洪秀雄(2010)。
天色。
http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/skycolor.htm
2.郝孟騫(2011)。
雲的色彩。
http://www.hko.gov.hk/education/…_cloudcolours_c.htm
Tags:atmosphere,天氣現象,天空的顏色
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