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为什么地球大气层有白颜色接近地平线的吗?

为什么地球大气层有白颜色(苍白)在地平线附近吗?(在晴朗,万里无云的天,太阳在天空中最高)?

在这个方向上的空气量大,为什么气氛接近地平线的白(苍白)而不是红色的,橙色的日落和日出吗?

回答

地平线是苍白的原因是我们看到所有波长的阳光同样分散进入我们的眼睛从沿着视线(及以后)地平线,所以地平线似乎是阳光一样的颜色,即(白色)(https://www.spacecentre.nz/resources/faq/solar-system/sun/colour.html)。这是足够远的距离,因为短的波长的高概率(“蓝色”)中光散射方向从遥远的空气是取消了同样的散射过程导致的光衰减,因为它通过空气传播到你的眼睛。这个解释本质上是一样的269页M.G.J. Minnaert的(“户外光线和色彩”)(https://archive.org/details/lightcolorinoutd0000minn/page/269/mode/1up)。如果我们正在朝着地平线,我们看到阳光从空中散落在我们的视线。为简单起见,我们假设一个常数大气密度均匀,视线,这并不是一个可怕的近似自视线接近地球表面的,直到它通过远远超出地平线。从一小部分散射的太阳光量dx沿着视线美元正比于dx / \μ,美元\μ美元在哪里空气中的散射长度。如果部分是距离x美元离我们沿着视线,散射光的比例将达到我们的眼睛将$ e ^ {- x / \μ}$。光我们会看到散落的总量从沿着视线回到我们从$ $成正比\ int_0 ^ ^ D e {- x / \μ}\压裂{dx}{\μ}=单电子^{μ- D / \} \ xrightarrowμ> > \ [D] {} 1 $ $ $ D $在哪里距离我们能看到的最远的散射光。(我第一次认为应该有1 / x ^ 2美元因素随着光源越来越远,但这是一个固定的取消,因为观看立体角,观察到的源体积随x ^ 2美元)。只要$ D > \μ({\λ})美元对所有可见的波长,如果给定波长的散射概率较大,更多的波长dx美元分散的元素,但也更分散的沿途,和这两个效应抵消了。 The wavelength dependence of the scattering drops out of the integral and what is see is the colour of the initial sunlight. Assuming the atmosphere ends at the earth's atmospheric [scale height](https://en.wikipedia.org/wiki/Scale_height) of $\sim 8.5$ km, the assumption of $D>\mu$ seems reasonable since on a perfectly clear day our line-of-sight in air [extends over 300 kilometres](http://www.ringbell.co.uk/info/hdist.htm) beyond the horizon. This is longer than the [Rayleigh scattering length for green light](https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering#Small_size_parameter_approximation) ($532$ nm) of about $100$ km. The actual scattering lengths will usually even be shorter because of significant [Mie scattering](https://en.wikipedia.org/wiki/Mie_scattering) from aerosols such as water droplets and dust between us and the horizon. Even if the distances are not enough to make the horizon pure white, it will still be much paler than the blue sky overhead. (The reason the sky overhead looks blue is because there isn't enough distance (i.e. $D_{sky} \lesssim 8.5\,\textrm{km}<\mu(\lambda)$) for the scattering along the line-of-sight to cancel out the larger initial scattering of blue light.)

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