为什么地球的大气层在地平线附近是白色的?

Question

为什么地球的大气层在地平线附近有更白的颜色?(在晴朗无云、太阳最高的日子)?

这个方向的空气量更大，为什么地平线附近的大气更白(苍白)，而不是像日落和日出时的红色、橙色?

Answer 1

其原因是，我们看到的所有波长的阳光从视线到地平线(以及更远的地方)均等地散射到我们的眼睛里，所以地平线看起来和阳光是一样的颜色，也就是说，地平线看起来和阳光是一样的颜色。白色．这是因为在足够远的距离内，来自遥远空气的短波(“蓝色”)光向我们方向散射的概率较高，这种散射过程会被相同的散射过程抵消，导致光在穿过空气到达你的眼睛时被衰减。

这一解释基本上与M.G.J.明纳特的269页所给出的解释相同《户外的光与色》．

如果我们看向地平线，我们看到的是阳光从空中沿着我们的视线散射。为了简单起见，让我们假设沿着视线有一个密度恒定的均匀大气，这并不是一个可怕的近似值，因为视线接近地球表面，直到它远远超过地平线。阳光从一小部分散射出来的量dx美元沿这条视距成正比dx / \μ美元,在那里\μ美元是空气中的散射长度。如果截面是一段距离x美元远离我们的视线，散射光到达我们眼睛的部分将是$ e ^ {- x / \μ}$．我们看到的从这条视线中散射回来的光的总量将与$ $ \ int_0 ^ ^ D e {- x / \μ}\压裂{dx}{\μ}=单电子^{μ- D / \} \ xrightarrow [D > > \μ){}1 $ $在哪里$ D $是我们能看到的最远散射光的距离。(我一开始以为应该有一个1 / x ^ 2美元因子随着光源越远，但这是抵消了，因为对于一个固定的观看立体角，观察到的源体积增加x ^ 2美元．)

只要$ D > \μ({\λ})美元对于所有可见波长，如果给定波长的散射概率较大，则该波长的元素被散射的越多dx美元，但也有更多的物质沿着它的路径向你散射，然后这两种效应就抵消了。散射的波长依赖性从积分中下降，我们看到的是初始阳光的颜色。

假设大气层的末端是地球的大气层规模高度的\ sim 8.5美元Km，的假设D > \μ美元看起来很合理，毕竟天气晴朗，我们在空中的视线范围内延伸超过300公里在地平线之外。这比绿光的瑞利散射长度（美元532美元Nm)大约美元100美元公里。实际的散射长度通常会更短，因为显着的米氏散射来自我们和地平线之间的水滴和灰尘等气溶胶。即使距离不足以使地平线变成纯白色，它仍然会比头顶上的蓝天苍白得多。头顶的天空之所以看起来是蓝色的，是因为距离不够远。$D_{sky} \lesssim 8.5\，\textrm{km}<\mu(\lambda)$)计算沿视线的散射，以抵消较大的蓝光初始散射。)

Answer 2

这两张照片显示天空不仅变得越来越白。它也变得更绿。

左边是一幅典型的冬季景象。在右边添加了一个滤镜，它的颜色和透明度调整为在天空的上部产生一个中性灰色(65%的黑色，35%的白色)。我们看到，在这种过滤作用下，较低的天空变得更绿，更亮，靠近地平线的地方也更亮。

这表明，当我们在天空中移动时，散射路径变得更长，绿光首先变得更明显地散射，因为它的波长最接近在整个天空中强烈散射的紫色和蓝色波长。因此，当一个人接近地平线时，天空颜色的变化是由于更多的光散射和我们对这种散射的感知延伸到更多可见光谱的结果。