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?
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2答案
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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,所以地平线似乎阳光,一样的颜色。白色的。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“户外光线和色彩”。
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美元沿着视线成正比dx / \μ美元,在那里\μ美元是空气中的散射长度。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$ e ^ {- x / \μ}$。光的总金额我们会看到分散我们从视线会成正比$ $ \ int_0 ^ ^ D e {- x / \μ}\压裂{dx}{\μ}=单电子^{μ- D / \} \ xrightarrow (D > > \μ){}1 $ $在哪里$ D $距离是我们能看到的最远的散射光。(我第一次认为应该有一个1 / x ^ 2美元因素随着光源越来越远,但这是一个固定的取消,因为观看立体角,观察到的源体积增加x ^ 2美元。)
只要$ D > \μ({\λ})美元可见光波,如果给定波长的散射概率较大,更多的波长是分散的元素dx美元沿路径,但也更分散,和这两个效应抵消了。散射对波长的依赖关系滴出积分,看到的是最初的阳光的颜色。
假设地球大气的气氛结束规模高度的\ sim 8.5美元公里,的假设D > \μ美元看起来比较合理,因为在一个非常晴朗的日子我们的视线在空气中延伸的距离超过300公里超出了地平线。这是超过瑞利散射长度为绿灯(美元532美元海里)的美元100美元公里。实际的散射长度通常会因为重要甚至更短米氏散射从水滴和尘埃等气溶胶在我们和地平线。即使距离不足以使地平线纯白色,它仍将比蓝天苍白的开销。(天空是蓝色的原因是因为没有足够的距离(即。天空$ D_ {} \ lesssim 8.5 \ \ textrm{公里}< \μ(\λ)沿着视线)散射消掉较大的初始散射的蓝光。)
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这副图片显示,天空是不仅变得更淡。它也变得更加绿色。
左边是一个典型的冬天场景的照片。在右边添加一个过滤器,它的颜色和透明度调整生产中性灰色(65%的黑人,35%的白人)上部的天空。我们看到天空下过滤成为绿色越低,更明亮,所以以及接近地平线的打火机。
这显示了我们天空向下移动和散射路径变得更长,绿灯是第一个明显变得更加分散,因为它的波长是紫色和蓝色波长的强烈分散在整个天空。因此发展天空的颜色作为一个接近地平线的结果更大数量的光散射和散射的扩展我们的感知到更多的可见光谱。
