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概述

光在傳播中如果遭遇微小的粒子，就會(huì)產(chǎn)生散射。散射粒子越小，散射的光譜越在短波的范圍里，而空氣中充滿了氧和氮的分子，它們的大小甚至于比短波的波長(zhǎng)還短，散射出來的光就都會(huì)在紫、藍(lán)、綠的范圍。

當(dāng)一束平行的入射光線射到大氣層云朵時(shí)，表面會(huì)把光線向著四面八方反射，所以入射線雖然互相平行，由于各點(diǎn)的法線方向不一致，造成反射光線向不同的方向無規(guī)則地反射。在白晝時(shí)，陽光經(jīng)過比較薄的大氣層，散射的結(jié)果就呈現(xiàn)到處都是藍(lán)色的情景。而且因?yàn)榇髿庵械教幎忌⑸涑鏊{(lán)色的光譜，所以我們無法依照肉眼的感覺判斷天有多高。但在黃昏或日出時(shí)分，因?yàn)殛柟獗仨毚┻^比較厚的大氣層，其中藍(lán)光波段的光已經(jīng)在前面被散射殆盡了，只剩下紅、橙、黃等比較偏紅的顏色，所以天色看起來是橘紅色的。

不過并不是所有地方看到的夕陽都像藝術(shù)照片那樣的飽滿色彩，只有當(dāng)大氣中有比分子稍大的粒子（例如鹽粒、小小水滴、灰塵、煙灰、細(xì)火山灰，越大的粒子越能散射紅光；但如果大太多散射就中止，而變成反射了，更大的粒子則造成吸收）時(shí)，光譜才會(huì)比較在紅色的范圍。所以許多絢爛的夕陽景色都是在海邊拍攝的，因?yàn)槟抢锍錆M了比較會(huì)散射紅光的鹽粒。

顏色

  清澈的藍(lán)天。

  藍(lán)光和紅光在大氣層中被散射效率的比較。

陽光普照的天空是藍(lán)色的，因?yàn)榭諝馍⑸涞亩滩ㄩL(zhǎng)光比長(zhǎng)波長(zhǎng)的多。由于藍(lán)色的光是在可見光波長(zhǎng)的短波端，因此它在大氣中的散射比紅光強(qiáng)烈。這樣的結(jié)果是人類的眼睛望向天空時(shí)，感受到的陽光顏色是藍(lán)色的這一部分 。感受到的顏色類似于474至476奈米的單一藍(lán)色光與白光的混合，也就是未飽和的藍(lán)色光。

接近日出和日落時(shí)，我們看見的陽光幾乎都是以接近切線的角度抵達(dá)地球的表面，這時(shí)大部分的光線會(huì)發(fā)生折射。因?yàn)槎滩P(guān)的折射角大，所以大部分的短波光都被折射掉了，剩下的就只有大波長(zhǎng)的光系了。因此日出和日落時(shí)，你能看見的紅光會(huì)強(qiáng)過其他任何顏色的光。

散射和吸收是輻射在大氣層中衰減的主要原因。散射的效率是隨著粒子的直徑和波長(zhǎng)的比率而改變的函數(shù)。當(dāng)直徑比波長(zhǎng)在1:10的比率時(shí)，瑞利散射發(fā)生散射效率的系數(shù)是波長(zhǎng)的四次方。在直徑比波長(zhǎng)比率較大時(shí)，散射效率的變化需要比較復(fù)雜的形式來描述，對(duì)球型的粒子，適用米氏理論，它的比率約為10，幾何光學(xué)開始適用。

中性點(diǎn)

沿著通過太陽的地平經(jīng)圈有三個(gè)點(diǎn)（稱為中性點(diǎn)），常用來檢測(cè)天空漫射的零偏極化。

阿拉戈點(diǎn)：以它的發(fā)現(xiàn)者的名字命名，通常位于反日點(diǎn)之上20°，但當(dāng)空氣混濁時(shí)它的高度會(huì)提高。這種性質(zhì)使得阿拉戈點(diǎn)的距離成為測(cè)量大氣濁度的一個(gè)有用工具。

巴比內(nèi)點(diǎn)：巴比內(nèi)在1840年發(fā)現(xiàn)的，它在太陽上方大約15°至20°，因此受到太陽眩目光輝的影響，很難觀測(cè)這個(gè)點(diǎn)。

布魯斯特點(diǎn)：布魯斯特在1840年發(fā)現(xiàn)的，它在太陽下方大約15°至20°，因此同樣受到太陽眩目光輝的影響，很難觀測(cè)這個(gè)點(diǎn)。

多云的陰暗天空

基本上，在陰霾的天氣下沒有直射的陽光，所以天空中所有的光都是天空漫射的輻射。因?yàn)樵频蔚念w粒都比光的波長(zhǎng)還大，對(duì)所有顏色的光都一樣的散射，所以光通量與波長(zhǎng)完全無關(guān)，方式與磨砂玻璃相似。陽光透過的強(qiáng)度減弱程度從相對(duì)較薄云層的六分之一，到極端最厚的烏云只透過直射量的千分之一。

云朵顏色

不下雨的云主要由云滴（小水滴）所組成，云滴比分子大許多，大致為20微米大小的云滴可以散射出各種光譜，但因?yàn)樵剖且粓F(tuán)紊亂的對(duì)流體，云滴的分布也是非常雜亂的，向四面八方散射的各種顏色的光，加在一起就成了白色。而再大一點(diǎn)的云滴或水滴已經(jīng)足夠構(gòu)成反射的條件，白色的陽光被反射出去后當(dāng)然是白色的。

而較厚的云朵卻是灰白色是因?yàn)楫?dāng)陽光射入云里面時(shí)，如果云里面都是比較細(xì)小的云滴或雨滴的話，就會(huì)產(chǎn)生散射或反射，使穿透的陽光減少，所以越到云的底部，光線越弱。據(jù)了解，只要云層厚度超過一千米，就幾乎沒有光線可以穿透了。發(fā)展比較旺盛的云，里面的水滴比較大，這時(shí)水滴扮演的是反射及吸收陽光的角色，光線的穿透力就更弱。所以會(huì)下雨的云都是烏黑的，而且云越黑表示對(duì)流越強(qiáng)，云里面的水滴越多、越大。發(fā)展強(qiáng)盛的云，通常其上層一定有許多冰晶，光在冰晶中的穿透力比在水滴中還弱許多。

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進(jìn)階讀物

Pesic, Peter. Sky in a Bottle. The MIT Press. 2005. ISBN 978-0-262-16234-0. 

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