概要：因为阳光、水，使地球呈现出如此美不胜收的自然景观，奇异的日食、蔚蓝的天空、红色的落日、绚丽的霞光、美妙的彩虹、神秘的海市蜃楼。揭示这些自然现象的奥秘，则往往与光的传播以及光与介质相互作用的规律是分不开的。蓝天、白云、红日——太阳光被大气散射的结果当阳光进入地球的大气层后，空气和水蒸气的分子吸收部分阳光，再向四面八方辐射，这种现象称为散射。科学研究表明，地球大气并非完全透明，大气中充满了微小的尘埃和悬浮微粒。具体到某一个大气分子来说，其内部电荷会在太阳光束中的电场作用下振动起来，从而产生某些与原阳光方向不同的散射光。由于大气分子的固有频率一般位于光谱的紫外区频率范围，而可见光中除了蓝光、紫光的频率接近这个固有频率外，其他单色光的频率都相对小得多，所以，通过大气的阳光中只有蓝光和紫光引起的大气分子电荷的受迫振动的振幅最大，蓝光、紫光要比其他可见光散射得强烈。所以晴朗的天空呈蔚蓝色的原因就是因为太阳光经大气散射后传到人们眼镜中的颜色是蓝色的。由此不难想像，如果地球周围没有大气的话，也就没有大气对直线传播的阳光产生散射，那么，在白天除了我们直视太阳之
漫谈大气里的光学现象,标签：趣味课堂大全,http://www.kgf8.com因为阳光、水，使地球呈现出如此美不胜收的自然景观，奇异的日食、蔚蓝的天空、红色的落日、绚丽的霞光、美妙的彩虹、神秘的海市蜃楼。揭示这些自然现象的奥秘，则往往与光的传播以及光与介质相互作用的规律是分不开的。
蓝天、白云、红日——太阳光被大气散射的结果
当阳光进入地球的大气层后，空气和水蒸气的分子吸收部分阳光，再向四面八方辐射，这种现象称为散射。
科学研究表明，地球大气并非完全透明，大气中充满了微小的尘埃和悬浮微粒。具体到某一个大气分子来说，其内部电荷会在太阳光束中的电场作用下振动起来，从而产生某些与原阳光方向不同的散射光。由于大气分子的固有频率一般位于光谱的紫外区频率范围，而可见光中除了蓝光、紫光的频率接近这个固有频率外，其他单色光的频率都相对小得多，所以，通过大气的阳光中只有蓝光和紫光引起的大气分子电荷的受迫振动的振幅最大，蓝光、紫光要比其他可见光散射得强烈。所以晴朗的天空呈蔚蓝色的原因就是因为太阳光经大气散射后传到人们眼镜中的颜色是蓝色的。
由此不难想像，如果地球周围没有大气的话，也就没有大气对直线传播的阳光产生散射，那么，在白天除了我们直视太阳之外，不会从天空中接收到一点光线，此时的天空就像夜晚一样群星闪烁、漆黑一团。
虹霓现象——太阳光与小水珠的杰作
虹霓现象是大气中的水滴对阳光折射、色散和全反射所产生的综合效应。
当雨后初晴条件具备时，我们背对着太阳可以看到天空中有两个弓形的环形。里面的叫虹，它比较明亮，外侧为红色，内侧为紫色，外面的叫霓。虹是光线被水珠折射两次和反射一次形成的；霓是光线被水珠折射两次和反射两次形成的。因为霓与虹的反射路径不同，所以我们看到霓的颜色的排列次序恰好与虹相反。
若是在飞行的飞机上观察，虹和霓可能是完整的圆环，圆心位于观察者的阴影方向上。水平射来的阳光投射到大气中的某一雨滴上时，会发生多次反射和折射，光线越来越暗，其中跟虹有关的是第三次折射，与霓有关的是第四次折射。
虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。
海市蜃楼——大自然在玩光线的魔法
海市蜃楼是一种光学幻景，是是由光的折射产生的一种现象，是光在密度分布不均匀的空气中传播时产生的全反射现象。
海市蜃楼简称蜃景，根据物理学原理，海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度，而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率。蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。
课外实验：物以理恒——生活光学实验
天空为什么是蔚蓝色的?落日为什么是桔红色的?通过下面的实验，可以找到答案。
在阳光照进屋子的时候，把一张桌子摆在阳光下，在桌子上放置一个玻璃鱼缸，并且把它灌满清水。然后在一张硬纸片上挖一个直径为二十五毫米的圆孔，再把纸片立在鱼缸的前面。在适当角度放置一面镜子，利用镜子来反射阳光，使阳光通过纸片上的圆孔水平地穿过鱼缸。
然后，再用一条肥皂在水中不停地搅拌，直到水变得混浊为止(也可以滴上几滴牛奶使水混浊)。这时候水中的光束就会清晰起来。先从侧面观察，会看到鱼缸内的光束是浅蓝色的。再迎着光束前进的方向来观察，会发现，光束的颜色变成了桔红色。
如果鱼缸的水是清的，从侧面就看不到穿过去的光束。只有使水混浊以后你才能看见光束。为什么呢?因为混浊的水里悬浮着很多细小的微粒，当光束通过它们的时候，一部分光线就向四面八方散射(即光的散射)。散射的光线离开了原来的前进方向，进入你的眼里，才使你在和光束垂直的方向看见了光束。在和光束垂直的方向上你看到光束呈浅蓝色，这正说明了蓝色光受到散射。而余下的红光和黄光则毫无阻碍地穿过去，所以迎着光束看去，由于光束中失去了一些蓝光而变成桔红色。
太阳落山的时候，光线斜穿过厚厚的大气层。在这么长的路程中，波长较短的蓝光大部分被散射掉了，直接射入我们眼帘的光，是失去蓝光的日光。所以，太阳看上去已经不是那么耀眼，而变成一个大火球，颜色就象实验中迎着光束看到的那样，是桔红色的。
所以，蔚蓝的天空或蔚蓝的大海都是大气或海水对太阳光中波长较短的蓝光散射的结果;日出日落时的桔红色的是被大气散射掉蓝光后的剩余日光。正是“山边余日扯金线，江上归舟划碧波”。
那么，白云、乌云又是怎么回事?太阳光照射在云层上，若反射光能射入我们眼中，则我们就看到了白云；若反射光不能进入我们眼中，太阳光又不能穿透云层，则我们就看到了乌云。乌云的云层很厚很低，易形成降雨；而白云距我们较远，不会很快形成降雨。所以，蓝天白云好气象。
课外阅读：UFO只是一种光学现象
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