[精讚] [會員登入]
1523

模擬夕陽小實驗~天空為何藍?落日為何紅?

模擬夕陽小實驗~天空為何藍?落日為何紅?

此文完整連結 http://n.sfs.tw/10386

複製連結 模擬夕陽小實驗~天空為何藍?落日為何紅?@zfangの科學小玩意
(文章歡迎轉載,務必尊重版權註明連結來源)
2019-10-24 14:39:14 最後編修
2016-12-06 16:23:10 By zfang
 

『明明宇宙是黑的,為什麼地球上的我們可以見到天空有這麼多種顏色?』好奇的小孩常常愛發問。
『因為地球被一層可愛的大氣層包起來啊!』大氣層不只幫地球保溫,阻擋輻射,也把小隕石變成美麗流星來保護著地球,空氣中無數飄浮的細小粒子還使太陽光因漫射、散射而產生不同於月球(註1)的彩色天空喔!

地球的天空為何多彩?這一切與散射有關。在光的傳播過程中,光線照射到粒子時,可以發生兩種情況;如果粒子大於入射光波長很多倍,會發生光的反射(不同色光均遵守反射定律,入射角=反射角);如果粒子小於入射光波長,則發生光的散射。(散射:光通過不均勻介質時,偏離入射方向而向四周傳播,與漫反射不同。不同頻率(波長)的色光,散射程度不同。)     

          

照中文字面意思與用法上,常會把漫反射與散射弄混,以為只要光碰到微粒偏離方向,或往四面八方傳播,就是散射。漫反射是光遇到界面凹凸時朝不同方向傳播,每一道光線皆遵守反射定律。而散射分成好幾種,散射強度與粒子的大小有關,還涉及光的能量與頻率的變化,相當複雜。若用粒子觀點來解釋漫反射與散射的不同,前者像彈性碰撞,後者則像非彈性碰撞。(我的物理並不好~只能這樣粗淺解釋了。)

天空中也常可見散射現象,例如雲隙光或耶穌光,此時懸浮微粒的顆粒較大而顯現陽光透出後的光徑(屬於廷得耳散射,不是漫反射)。如果空氣中懸浮的粒子非常微細時,陽光散射後造成的結果(屬於瑞利散射)就跟這篇要討論的藍天、夕陽有關了。

『天空藍和落日紅,為何跟大氣層有什麼關係?』看來是白光的太陽光,其實是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等色光組合而成。不同頻率(波長)的色光,散射程度不同,短波長的藍光、紫光要比其他可見光散射得強烈。黃昏日落(或清晨日出)時太陽與地面夾角小,陽光要通過較厚的大氣層,眼睛所見的是較不易被散射的紅黃光,因此感覺太陽是紅色,天空的雲也因反射紅光呈現美麗彩霞。


喜歡夕陽,無限好!

把手電筒當作小太陽,用很稀很稀的牛奶來製造一個大氣層,可以模擬夕陽紅!網路上有幾種簡單的實驗,例如:NTCU科學遊戲實驗室:牛奶的散射,裡頭有非常詳細的原理解說。

實驗方法是這樣的:
1.將透明玻璃杯裝水約八分滿,用手電筒照射,透過玻璃杯在另一側看,你看到什麼?由玻璃杯側邊觀察,是否有光線透出?
2.水中滴入1~2滴牛奶後攪拌均勻,用手電筒照射,這時候看到的光跟剛剛有什麼不同?由側邊觀察又有什麼不一樣?
3.每次逐漸增加1~2滴牛奶,觀察手電筒對向與玻璃杯側邊光線的變化。

結果:
1.只有清水的時候,手電筒的光線是白光。(就像是平常的太陽。)
2.當逐漸加入牛奶的時候,在對向發現光線逐漸轉成橘黃色。(就像是夕陽!)
3.此時在玻璃杯外側看,則是看到藍色的光透出,讓鮮奶變成藍色。(就像是我們的藍天!)


光線通過牛奶溶液,藍光被散射了,而透射出較不易被散射的黃光,就像是夕陽。(對向液面可以見到微藍~)

可是,我只拍得出手電筒穿過稀牛奶的昏黃光線,卻抓不到側面的藍影,用肉眼也無法觀測到明顯的藍光散射。後來才發現是因為所使用的是LED手電筒,白光是用藍光LED加螢光粉的黃光組合而成。如果要像上面的實驗一樣,就要使用白熾燈手電筒,但此物已經很少~。 另一方面,LED手電筒的光很強,傻瓜相機總是拍不出直視後手電筒的白光效果~

試了好久,無意間看到手電筒液面反射光投影,最後試到這個方法。透過表面反射與水中透射,可以同時比對正常太陽與夕陽,拍出對照組與實驗組。

準備材料:一個方形的透明容器(我用迴紋針的盒子),稀薄牛奶溶液,LED手電筒。


上方反射出的白光為對照組,就像是平常的太陽!
下方透射出的黃光,則是手電筒光線經牛奶溶液散射藍光後顯現的結果,就像是夕陽。

 
不同相機拍出的感覺不同,但表面微微散射出的藍,真的還是抓不到~。
(後來才看到阿簡的藍天夕陽,他用LED燈搭配熱熔膠,藍光散射效果很好~怎麼沒想到這麼做呢!)

回到地球的天空,被大氣層散射掉的藍光到那兒去?可沒有白白浪費喔! 在地球另一側(側面),被散射的藍光布滿了整個天。經過大氣時的側向散射光(藍光紫光)進入人眼,就會看見晴朗的天空是藍色的!至於,陰天時空氣懸浮粒子較多,各種光線散射的結果,天空就變成白色了。

想一想,如果沒有大氣層,地球的天空會是什麼顏色的呢?

 

註1:月球因為無大氣,天空看起來是黑的,火星也是有大氣,天空會像地球一樣藍嗎?在維基看到,透過登陸裝置回傳的照片顯示,火星的天空是黃褐色的,晨昏時則帶點粉紅色。這與火星大氣一直充滿著塵埃有關,塵埃粒子會吸收藍光,使天空呈現黃褐色。如果沒有塵埃,但因火星大氣較地球稀薄很多,就會像地球高山一樣,出現暗藍色天空。

註2:颱風要來之前,黃昏的天空是玫瑰色。夏天也常見到整片紅的火燒雲。在WeatherRisk,看到火燒雲的介紹: 『……這與台灣附近有低壓系統存在有關。低壓系統的沉降氣流會抑制懸浮微粒的揚起,懸浮微粒的減少,使得進入地表的太陽光線較為充足,此時看到的晚霞就會比平時來得繽紛亮眼。』再來,低壓天氣系統外圍環流的雲帶多為積雲,因此紅黃光照射時,便將天邊染成鮮豔奪目的紅色。甚至,火燒雲還可以來預測天氣喔~,『......諺語“早燒不出門,晚燒行千里”,就是說,火燒雲或火燒天如果出現在早晨,天氣可能會變壞;出現在傍晚,第二天是個好天氣......』

 


為了拍出夕陽,zfang成了蹲在辦公桌下的科學家!
(同事堅持要幫我留影~呵呵,實驗精神可佳吧^__^)

2014-02-20

你可能感興趣的文章

[光學] 彩虹筆外一章~七彩LED手電筒筆 跟七色彩虹筆有三個LED小燈(紅綠藍)不同,這隻彩虹版的手電筒筆裡頭只有一個LED燈,原來紅綠藍早已經『三合一』了呢!

魔鏡~魔鏡~誰最愛? 照鏡子是所有人的最愛,特別是對正值青春期的國中生而言,面子>>裡子~~『外在』比『內涵』重要...

[光學影片]手影藝術與動態沙畫 黑暗中只要有光~就能玩起影子遊戲。這裡整理幾段手影藝術與動態沙畫影片。

光與色~指上型LED手電筒 小小的指上型LED手電筒,有許多顏色,它也有科學嗎?

當光與煙霧相遇~石板屋內的神祕光柱(廷得耳效應) 如果沒有踏入這間屋子,永遠不會想到在午後1點多陽光燦爛的山林石板屋裡,有個幽靜的角落.......

模擬夕陽小實驗~天空為何藍?落日為何紅? 模擬夕陽小實驗~天空為何藍?落日為何紅?

紫色狂想~紫鑽不賠外一章 在紫鑽不賠之後,我又突發奇想,紫色的奶嘴糖是否可以?如果可以,多好~很天真吧!

夜市的光學問題~『螢光芭樂』 『為什麼夜市賣的醃漬芭樂,看起來特別亮特別綠?』

針孔成像? 還是單純的陽光穿透? 地上有許多整齊排列的光點,好奇這些亮點是怎麼回事!『這些小亮點,是針孔成像的小太陽呢?還是單純的太陽光穿透?』

哇!好驚人的發散 實驗中學生閒的無聊,就把眼鏡摘下放在光源前...

我有話要說


限制:留言最高字數1000字,超過部分會被截掉。請注意:留言不可帶有網址,會被濾掉。 限制:未登入訪客,每則留言間隔需超過10分鐘,每日最多5則留言。

訪客留言

[無留言]

隨機好文

針孔成像與暗箱攝影 18世紀的風景畫,流行用『暗箱』一種工具。它的原理其實就是針孔成像...

可擦拭的暗記筆 用暗記筆劃上重點,再利用暗記尺蓋住重點,可反覆背誦幫助記憶,若希望能恢復乾淨,用另一端擦拭即可清潔如新...

生活中的彩虹 地上有彩虹!在餐廳落地窗前,陽光以某個角度穿過玻璃,而投影出彩虹。

親近週期表~元素諧音成語 學生會感到害怕的周期表,要怎麼讓學生親近它呢?把學生國文課在背的成語,用元素諧音取代

腐朽的年輪 在海邊的木橋上看到不一樣的年輪,海風加速風化,年輪的紋路與刻痕變得有立體感, 腐朽的程度各異,橫面縱面產生豐富變化