就在飓风米尔顿以3级飓风强度袭击佛罗里达之前,许多人发现上空变成了一片诡异的紫色。这是世界末日的预兆吗?某种程度上是的——是我们自己造成的气候灾难。然而,这依然是一种可以用科学解释的自然现象。
光与颜色
可见光是电磁波谱中的一小段,波长范围从700到380纳米(纳米是十亿分之一米)。在这一范围内,我们的眼睛会将不同的波长按从长到短的顺序排列(即彩虹的顺序)解读为不同的颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
实际上,我们的眼睛只有红、绿、蓝三种颜色传感器。各传感器通过检测的光强差异和三种颜色的混合,就形成了我们所看到的各种颜色。如果眼睛接收到所有颜色的光量相等,所见颜色将是白色。而紫光则是接近380纳米的单一波长,是人眼能看到的极限。
为什么天空会有颜色?
既然太阳发出的是白光,为什么天空会显示出不同的颜色呢?原因在于电磁波遇到大气中的微小颗粒时会发生散射。具体的效果取决于粒子的大小和光的波长。当遇到非常微小的氧气和氮气分子时,短波长光(蓝色和紫色)比长波长光(红色和橙色)更容易被散射。
这意味着,当阳光穿过大气层时,红光和黄光大多会直接穿透,而蓝光和紫光则被散射开来。如果你站在地面向上看,就会看到那些散射的蓝色和紫色光,这就是为什么晴天的天空呈现蓝色。
这也解释了为什么日落或日出时太阳会显得更红。当太阳靠近地平线时,白光需要穿过更厚的大气层,这进一步散射了蓝色光,留下更多的红光,使得夕阳显得格外红艳。
为什么天空不是总是紫色的?
等一下,既然短波长的光比长波长更容易被散射,那紫色光比蓝色更易散射,那为什么天空通常不是紫色的呢?这是个好问题,原因有两个:
首先,太阳发出的光强在不同颜色上并不相等。事实上,太阳在较大波长(红色和绿色)上的光强高于较短波长(蓝色和紫色)。因此,当阳光照射到大气层时,蓝色光比紫色光更多。
其次,与人眼有关。由于我们主要感知红、绿、蓝三种颜色,我们的眼睛对短波长的紫色不如对蓝色敏感。所以,即便天空散射了蓝色和紫色光,眼睛还是会偏向接收蓝色。实际上,天空可能比我们想象中更偏向紫色。
还有一个现象你可以自己观察:天空并不是单一的颜色。尽管有一种叫“天蓝色”的蜡笔颜色,但现实中的天空是多种颜色的混合,这正是天空美丽的原因。
紫色飓风
飓风当然不是紫色的——这一点我们都知道,不过称其为“紫色飓风”倒是很有趣。那么,是什么原因导致飓风让我们看到紫色的光呢?首先,这通常出现在太阳靠近地平线时,光线需要穿过更多空气。黄昏或黎明的红色光与散射的蓝紫色光叠加,形成紫色调。
此外,大气中并不只是纯净的空气,还有水汽、尘埃和碎屑,这些都会引起散射,而飓风期间这种成分会更多。最后,飓风带来的云层覆盖会遮挡住蓝色的天空。所有这些因素共同作用,形成了天空中丰富多彩的颜色,其中之一便是紫色。
这些疯狂的北极光是怎么回事?
北极光通常只在遥远的北方才能看到,但今年五月,夜空中却出现了粉红色和绿色的光幕,甚至在美国南部的德克萨斯和夏威夷(中低纬度地区)也清晰可见,许多人纷纷停下车驻足拍照。
这种奇景起源于一次特别强烈的太阳风暴——太阳高速喷射出的带电粒子流。而且,随着我们接近本次太阳周期的峰值,这类现象将更频繁出现。每隔11年,太阳活动进入高峰期,增加了太阳风暴的几率,这也是一种“空间天气”现象,即太阳与地球之间的相互作用。空间天气带来的结果并不都是绚丽的,其中有些具有危险性。不过它背后的物理学原理很有意思,一起来看看吧!
飘来的太阳风
你或许认为太阳是一团巨大的火焰,但事实并非如此。(火焰是一种可燃物和氧化剂之间的化学反应。)真正情况其实是,太阳是一个巨大的核聚变反应堆。在太阳核心,质子在极高压下相互碰撞结合,形成含有两个质子和两个中子的氦原子核(其中两个质子衰变成中子)。