来自 航天航空 2019-09-13 14:55 的文章
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日落时会出现绿色阳光太阳的绿色闪光是咋回事

  上上篇关于四季的文章有提到太阳光度和大气的关系,有小伙伴说有关太阳穿过大气的颜色没有说!其实大家现在都很清楚,太阳为何是黄色的,以及夕阳为何那么红,这是已经说过很多次的现象了,但是日落就这么简单吗?还有没有更加奇特的现象呢?

  有!肯定有!事实上:日落之美,只会随着你对它了解的越多,而更加神奇!今天我们就说说日落背后的物理学,太阳的绿色“闪光”咋回事?为何会有绿色的太阳!

  当你下次有时间,好好的看一次日落的过程,你会发现很多平时没有注意到的现象,当太阳从天空下降到地平线时,太阳都在以恒定的速度下降,但是到地平线处太阳貌似会逗留很长时间,而且这时的太阳看上去会更大!

  例如日落时最明显、最直观的感觉就是太阳颜色的变化,以及太阳亮度的大幅下降,就是没有中午那么刺眼了,你甚至可以直视太阳的尊容,中午可不敢这么干!

  事实上,如果在月球上看日落的话,日落时的太阳和任何时候看起来都是一样的,而且太阳的颜色是白色的,而不是我们认为的黄色太阳,更不会是红色的太阳!

  为什么会出现如此大的差异呢?唯一的区别就是有没有大气、大气有多厚的问题!

  上图可以清楚的看到,太阳直射地球是会穿过地球的大气层,然后到达我们的视野,当太阳越来越靠近地平线时,太阳光就需要穿过越来越厚的大气层才能达到地球表面。

  虽然大气不想水滴那样是一个很好的棱镜,但是地球大气的量很大,太阳在降到地平线公里的有效大气层,大气微弱的散射作用就会持续的累积,这才造成了颜色上的巨大变化!

  大气对波长越短的光有很强的散射作用,而波长越长的光更容易穿过大气层!所以太阳在靠近地平线时,阳光中就逐渐失去了紫色和蓝色,然后是绿色和黄色,最后甚至是橙色,只留下红色的光可以达到我们眼睛,所以这时的太阳就是红色的!

  还有件很奇特的现象就是,当你看到像上图这样的日落时,其实太阳已经落山了,太阳的本体已经处在地平线以下,我们还能看到太阳的原因是因为大气可以使光线发生弯曲!

  这就是为什么,如果你计算日落的时间,从太阳到达地平线的那一刻到它下降到地平线以下的那一刻(看不见)所花费的时间要比预期的120秒要长,即使在太阳直射赤道的春分时节,太阳升起和落下的时间都和垂直于地平线时候相近。由于大气的折射作用,太阳似乎在地平线处逗留了很久,这只是一种错觉!

  虽然日落时太阳整体看起来是红色的,但在这个过程中,仍然有来自太阳的蓝光和绿光会穿过大气层到!

  但是波长(即更蓝)较短的光线比波长更长的光线折射率稍微大一点,这意味着各种不同的颜色的光线会以不同的角度入射进观察者的眼睛,红光比绿光和蓝光的入射角度低,蓝光和绿光会以稍微更陡的角度进入观察者的眼睛,所以我们会看到绿色在上方红色在下方!

  这个很彩虹的形成类似,区别就是彩虹的红光在上方,是因为在水滴的内部光线经历了两次折射和一次反射!而太阳这种现象就只经过了一次折射!下图是大气对太阳光的一次色散!

  在一条通向地平线比较清晰、没有任何遮挡的路径上,比如在海洋上空看日落时,我们就会看到在变红的太阳上面有一小块区域会呈现出较短波长的光可见!

  当这种情况发生时,除了日落时的正常颜色渐变外,还可以在太阳圆盘的上方看到一个较小的独立区域,呈现出依次从下往上的黄色、绿色,甚至是蓝色。

  在无污染的天空中,在平坦、没有遮挡的区域内,我们就能很清楚地看到这种神奇的光学现象,这就是所谓的“绿色闪光”。

  有时会出现在太阳的边缘或略高于太阳的边缘,但大多数情况下,会出现在太阳的圆盘落下之后,看下图。这些“闪光”刚好就在地平线之上,从字面意思也可以知道,这种光学现象只会持续很短的时间,也就几秒钟!

  我们知道蓝光的折射角度比绿光的更大。所以原则上,在大气特别好的情况下,我们也可以看到任何波长的“闪光”,这包括黄色、绿色、蓝色,甚至紫色。

  这种光学现象并不是太阳独有的,它适用于任何非常明亮、并且能发出白光的物体,在与地球大气层相遇时,也会发生以上美丽的“闪光”现象。

  这就意味着,在合适的大气条件下,将太阳光反射回地球的月球也会发出绿色的闪光。这个现象十分罕见,需要各种完美的条件配合在一起才会出现。但是在罕见的事情也挡不住天文摄影爱好者的勤奋和好奇!看下图,这就是月亮的绿色“闪光”。

  如果绿色和蓝色出现在太阳(或月亮)的圆盘上方,那么我们会不会看到略低于圆盘的红色闪光呢?

  在合适的,有利的大气条件下,是可以看到!光学原理都是一样的,只是有些现象更加罕见一些!

  日落对任何人来说都是很美好的景色,还记得我们曾经爬山看日出、日落吗?还记得你想邀请自己喜欢的人一起看肩并肩看夕阳吗?地平线的清澈或多尘,大气的质量和湍流,以及太阳的位置给了我们美丽的景色和无限的遐想。

  下次当你看到太阳的颜色渐变,底部的红色嘴唇,或顶部的黄色、绿色或蓝色帽子时,你就可以自信的给她/他讲关于日落背后的物理学!

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