天空为什么不只是蓝色的？

本文转自：参考消息网

美国太空网站1月6日刊登题为《天空不只是蓝色——气辉还使它变成绿色、黄色和红色》的文章，作者是荷兰莱登大学天文学副教授马修·肯沃思和澳大利亚莫纳什大学天文学副教授迈克尔·布朗。内容编译如下：

在阳光明媚的晴天抬头仰望，你会看到湛蓝的天空。但这是天空真正的颜色吗？或者说，这是天空唯一的颜色吗？

答案稍稍有些复杂，但它们涉及光、原子、分子的性质以及地球大气层某些怪异的部分。还有强大的激光器——就科学而言！

蓝色天空

先说最重要的事情：当我们在晴天看到蓝天的时候，我们真正看到的是什么？我们看到的是蓝色的氮气或蓝色的氧气吗？简单的回答是“不是”。相反，我们所看到的蓝光是散射的太阳光。

太阳产生广谱的可见光，我们看到的阳光是白色的，但它包含彩虹中所含的全部颜色。当阳光穿过空气时，大气层中的原子和分子向四面八方散射出的蓝光远远超过了散射出的红光。这种现象被称为“瑞利散射”，它导致在晴朗日子里出现白色的太阳和蓝色的天空。

在日落时我们可以看到这种现象变得更加明显，因为阳光需要穿透更多空气才能到达我们眼前。当太阳接近地平线时，几乎所有的蓝光都被散射（或者被灰埃所吸收），所以我们最终看到是一个红色的太阳，它的四周是更接近于蓝色的颜色。

那么，如果我们看到的是经过散射的阳光，天空真正的颜色是什么呢？也许我们可能从夜间得到答案。

光影闪烁

如果你观察夜晚的天空，它显然是黑暗的，但并非一团漆黑。是的，天上有星星，但夜空本身也会发出微光。这不是光污染，而是大气层的自然发光。

在远离城市灯光的乡下，在某个没有月光的黑夜，你可以看到剪影在天空背景上的树木和山丘。

这种被称为“气辉”的微光是由大气中的原子和分子产生的。在可见光中，氧气会产生绿光和红光，羟基（OH）分子会产生红光，钠会产生一种难看的黄光。氮气——虽然它在空气中的含量远比钠丰富——则对气辉的形成没有多少贡献。

气辉的独特颜色是原子和分子以光的形式释放特定数量的能量的结果。例如，在高海拔地区，紫外线可以把氧分子分裂成一对对氧原子，而当这些氧原子随后重新结合形成氧分子时，它们会产生一种独特的绿光。

钠原子在我们大气层中只占极小一部分，但它们组成了很大一部分的气辉，而且拥有极不寻常的来源——流星。

如果你愿意等待，你可以在任何一个晴朗的黑夜看到流星。它们是由尘埃颗粒在以超过11公里/秒的速度飞行过程中温度上升并在上层大气中汽化时所产生的光亮。

随着流星在大约100公里的高度划过天空，它们会在身后留下原子和分子的痕迹。有时你可以看到呈现独特颜色的流星，这是它们所包含的原子和分子产生的颜色。极其明亮的流星甚至可能会留下肉眼可见的雾状痕迹。而在这些原子和分子中存在少量的钠。

这个位于高空的钠原子层实际上可以为天文学家所利用。我们的大气层永远处于运动中，它动荡不定，从而造成行星、恒星和星系影像的模糊。想象一下，当你在某个夏日午后沿一条长长的公路路面观察时所看到的景象。

多色混杂

为了对这种动荡作出弥补，天文学家们拍摄下明亮恒星的快照，并评估这些恒星的图像呈现怎样的扭曲。可以对一个特殊的可变形反射镜进行调整以消除这种扭曲，从而生成比太空望远镜所拍摄图像更为清晰的图像（不过太空望远镜仍然拥有无需穿透气辉进行观测的优势）。

这种被称为“自适应光学”的技术十分强大，但存在一个巨大的问题。没有足够多天然的明亮恒星可以让自适应光学装置在整个天空范围内有效工作。于是天文学家在夜空中制造出人造恒星，即所谓的“激光引导星”。

这些钠原子位于动荡的大气层上方很高的地方，我们可以通过向它们发射调谐至钠的独特黄光的高能激光来使它们发出光亮。由此产生的人造恒星随后便可以用作自适应光学装置。你在夜间看到的这种流星将有助于我们以更清晰的视野观察宇宙。

所以天空并不是蓝色的，至少并不永远是蓝色的。它也是混杂绿色、黄色和红色的黑暗中发出微光的夜空。天空的颜色来自散射的阳光、氧气以及流星中的钠。而借助一点点物理学，以及某些强大的激光器，我们可以制造出人造黄色恒星来获得我们宇宙的清晰图像。