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颜色的秘密(图)

http://www.sina.com.cn  2009年03月17日 21:29  《略知一二》 

  我们生活的地球,有着太多的难解之谜,可能其中的很多直到大家长大后都不会被揭开,比如,外星人是否存在;恐龙是怎么灭绝的……这些问题,当然一直困扰着大人们。但是也有一些问题,看上去很简单,却蕴涵着连家长、老师都未必清楚的科学道理——比如,天为什么是蓝的,黑夜为什么是黑的。本期的“趣味百科”,就是要来告诉大家这些看似很简单,其实挺复杂的问题的答案。

  1.  天为什么是蓝色的?

  我们呼吸的空气是无色的,阳光是白色的,大气层之外的宇宙是黑暗的——它们没有一个是蓝色的,但是天空为什么是蓝色的呢?小朋友,你有没有产生过这样的疑问呢?

  我想有不少玩过三棱镜的小朋友都知道太阳的白光是由像彩虹一样的彩色光组成的,或许天空为什么是蓝色的秘密就藏在其中——你猜得没错,正是我们呼吸的空气“将蓝色光留在了天上”。

  太阳光在穿过大气层时,各种波长的光都要受到空气的散射——太阳光的波长,就是按照我们熟知的“赤橙黄绿蓝靛紫”的顺序由长到短排列的——其中波长较长的光散射较小,大部分传播到地面上;而波长较短的光,受到空气散射较强,于是接近红黄色的光大部分到达了地面,而接近蓝紫色的光则有相当一部分向各个方向散开,“留在了天上”。

  这就是为什么我们总觉得太阳光是金黄色,而天空是蓝色的原因。

  至于你要问我什么是散射,这可是要到大学里才会学到的知识了,它是由一位叫做瑞利的科学家在1871年发现的规律——他所发现的这一规律不但解释了天空为什么是蓝色的,而且还能通过一个方程式告诉你,它有多蓝,这就是光学中著名的“瑞利散射定律”。

  2.  大海为什么有时是蓝色,有时是绿色?

  1921年,拉曼在英国皇家科学学会上作了声学与光学的研究报告后,乘船取道地中海回印度。一天,轮船在碧波万顷的地中海航行,深蓝的海面上跃动着鱼鳞状的光斑。这时,在船的甲板上,一个年轻的母亲与她年幼的儿子的对话,引起了拉曼的极大关注。“妈妈,这个大海叫什么名字?”“地中海。”“为什么叫地中海?”“因为它处在欧亚大陆与非洲大陆之间呗。”“那它为什么是蓝色的呀?” 对儿子提出的这一问题,对答如流的母亲可被问住了。为了回答儿子的问题,这位年轻的母亲只好求助于在她身旁倾听母子对话的拉曼。研究光学的拉曼很自信地告诉那位小男孩说:“海水所以呈现蓝色,是因为它反射了天空的颜色。天空是蓝色的。”

  然而在回到印度之后,这位严谨的科学家却对这一当时为科学界所普遍接受的回答产生了疑问——如果海水仅仅是反射了天空的颜色,又怎么解释海水的蓝比天空的蓝要深得多这一现象呢?于是他研究了光在水中的散射,发现光在液体中传播时存在着与空气中相同的散射现象,即我们前面所提到的“瑞利散射”——波长较长的红、橙、黄光不易散射,被海水所吸收,而蓝、紫光则散射出来,造就了大海的蔚蓝。至于绿色的海,那是因为海水不够深,还没能将绿色光也吸收掉——不信你可以看看飞机航拍的海洋的照片,只要水够清澈,深海总是呈深蓝色,而只有比较浅的大陆架部分的海洋呈蓝绿色。

  拉曼还进一步证实光散射在固体、液体、气体中都普遍存在,这一发现用他的名字而命名,被称为“拉曼效应”,他也因此而获得诺贝尔奖,成为了第一个获得诺贝尔奖的亚洲科学家。

  ……

  (节选,更多内容请阅读杂志)

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