天空为什么是蓝的

马里奥·乔斯·莫利纳

如果阳光从天空照射下来，它就会连续不断地碰到某些障碍—即使没有下雨。因为光所必须穿透的空气并不是空的，它由很多很多微小的微粒组成。其中的大多数，百分之九十九不是氮气便是氧气，其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒，它们来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒比一滴雨水小一百万倍，但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，并改变自己的方向，用我们化学家和物理学家们的说法就是：光线被散射出去。

波长短的蓝色光和紫色光比波长长的橙色光和红色光更容易被散射。所以散射的光中，紫光比红光几乎多10倍，而蓝光则几乎比红光多6倍。绿色、黄色和橙色的光线，敌不过这占优势的蓝色光线和紫色光线，所以我们觉得这些散射的光是蓝色的——天蓝色的。

发现这一切的是英国物理学家和诺贝尔奖获得者瑞利勋爵，他在130年前就已经发现：当光线透过空气偏离它原来的直线方向时，光的波长不同，偏离的距离不同。如果你向天空看去，你主要看见的是阳光中被散射的蓝色光，而不是未经散射的阳光。

现在我们知道了，白色的光能够分成彩虹的各种颜色，反过来，七色光会组合成白色。这种情形你会在一个有阳光的日子里体验到。我们遥望地平线，也就是天地相接的地方，天空看上去几乎是白色的，无论如何，比直接在你头顶上方的蓝光要苍白一些。之所以会这样，是因为阳光从地平线到你所在的地方，比起它直接从空中落下来走的路程要远得多，并且在一路上它擦过的微粒子很多很多。这些微粒子发生多次散射，蓝色光被大量散射，所以它显得白中透着淡蓝。

也是由于同样的原因，使得牛奶的颜色呈现出白色。你拿一杯水，把它放在一个黑暗的背景里，放进一滴牛奶，再拿一只手电筒照射杯子的一端，并靠近它，手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色。这样，你就理解什么是散射了。但是，如果你往水里放进的牛奶越多，水就越白，因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射，结果是白色的，跟在地平线上空一样。

此外，日落后天空还会有一些蓝色，这是怎么回事呢？原来，导致黄昏时天空变蓝的是一种特别的物质。这种特别的物质在离地球表面20～30公里的高空处，聚集成厚厚的一个层面，即臭氧层。这种气体对正在下落的太阳光，起到像颜色过滤器那样的作用：它截获太阳中的黄色和橙色的部分，却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过。当最后的少许光消失时，所有的颜色才消失在黑暗的夜色中。

臭氧不仅导致黄昏的蓝色天空，它还会吞下一种你无法看见的特殊光线—紫外线。你一定曾经听说过，紫外线对所有的生物有多么危险。如果它在你裸露的皮肤上照射得太长久，你就会得晒斑。臭氧层到处都有足够的厚度，能截获尽可能多的紫外线：这对于我们这个星球上的全体生命来说，是极其重要的。

可惜这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了，在南极上空已经形成了一个大的空洞。某些物质对臭氧洞负有责任，它们破坏了臭氧。此类物质就是所谓的氟利昂，它们被人们用来喷洒护发剂或制冷。

好在后来这种“臭氧杀手”在许多国家不再被使用。这使我们产生了希望：臭氧层得以复原，并能在将来完成它的重要任务，保护我们地球上的生命，使其免受致命紫外线的伤害。此外，是生物自身创造了地球的臭氧层：细菌、藻类和其他植物发明了光合作用。通过光合作用，大气层里充满了氧气微粒，同时也产生了臭氧，因为臭氧是氧气的一种形态。氮气和“正常的”氧气使天空白天呈现出蓝色，而臭氧将黄昏染成蓝色。

覆盖我们地球三分之二面积的海水也发蓝光。其间的各大洲虽然呈现出像土地那样的褐色或像森林那样的绿色，然而上空却总是蓝色的—不仅从地面上看去，甚至从宇宙中看来，地球也是裹着一块轻柔的蓝色面纱。天空的蓝色在大气层中闪亮，从大气层外观察过地球的天文学家们曾报道过这一情况。所以地球被称做“蓝色星球”是完全正确的，它那独特的蓝色就是生命的颜色。

（本文摘编自《诺贝尔奖获得者与儿童对话》一书）