李白有一首著名的《望庐山瀑布》的诗，诗的首句是“日照香炉生紫烟”。香炉峰位于庐山西北，终日烟云缭绕聚散，峰顶尖圆，型如一个硕大的香炉，故称为“香炉峰”。在清晨时分，香炉峰上，冉冉腾起阵阵白雾，缥渺弥漫于苍天山川之间，在金色的阳光的照耀下，化作了一片紫色的云霞，从而为不寻常的瀑布创造了不寻常的氛围。
第二句“遥看瀑布挂前川”，诗人站山脚之下抬头远望。“遥看”瀑布如千寻白练，悬挂山前。正是这个挂在山前的瀑布，在下落的过程中产生的细小水珠，在阳光的照射下化作紫色的烟云。
山峰被紫色的烟雾缭绕，一般很难见到。在李白的笔下庐山的香炉峰却生出了紫烟，是不是诗人看花了眼？或者是做了牵强附会的描写？都不是，诗人是做了细致的观察，这样的情况在一定条件下是可能发生的。
当太阳光进入大气后，就会遇到空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)，由于这些物质分布是不均匀，且颗粒的大小可以与光的波长相比拟，就会将太阳光向四周散射。散射是一种光学现象，光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象。在太阳光中，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种光是我们可以看见的光。正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。但是，当空中有雾或薄云存在时，因为水滴的直径比可见光波长大得多，选择性散射的效应不再存在，不同波长的光将一视同仁地被散射，所以天空呈现白茫茫的颜色。
如果说短波长的光散射得更强，你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳光透过大气层时，空气分子对紫色光的吸收比较强，所以我们所观测到的太阳光中的紫色光较少，但并不是绝对没有，在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。
瑞利散射定律告诉我们，散射光的强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于光的波长时，散射强度和波长的4次方成反比。
根据瑞利散射定律波长越短的的光受到的散射越厉害。当微粒的直径小于可见光的波长时，不同波长的光被散射的比例不同，这时就会有选择性的散射。我们所看到的蓝天就是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射的结果。
正是由于波长较短的光易被散射掉，而波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防止交通事故的发生。
日落西山时，太阳光穿过的大气层的厚度，比正午时太阳光穿过的厚度要厚得多，按照瑞利散射定律，在傍晚时阳光经过的路程要比正午长一些，被散射掉的蓝光，比被散射掉的长波长红光会更多一些。所以落日时天空看上去呈红色。实际上，太阳表面发出光的颜色始终没有变化。
大气分子的散射，是我们不能看到明亮天空的主要原因，如果地球表面没有大气层，那么，即使在白天，抬头仰望天空，也只能看到在漆黑的本底上挂着一个发出耀眼光斑的太阳。在月球上人们所能看到的就是这样一幅图像，因为月球上没有空气。
阳光照射到庐山香炉峰时为什么会出现紫色呢？这很可能是李白观看瀑布那天香炉峰瀑布产生的水雾微粒的直径和紫光的波长差不多，所以散射光中紫光最强。李白注意观察了这个现象，原原本本写进了他的诗中，“日照香炉生紫烟”便成了当时庐山香炉峰景色的真实写照。
作者系中国科技馆研究员
来源：科普时报
作者：王恒
编辑：吴桐
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