天堂空和海洋(天堂空和海洋的关系)

并不是因为它们互相反射，而是因为两种完全不同的原因而呈现蓝色。

如果你对你生活的世界感到好奇，你可能想知道为什么天空是蓝色的。人们经常回答错误的原因有:

阳光是蓝色的。

氧气是一种蓝色气体。

天空空反射出大海的颜色。

虽然每一个答案都是错的，但最后一个答案引出了一个人们经常怀疑的相关问题:海洋为什么是蓝色的？

从Tai 空开始，地球总是被描述成一个淡蓝色的点。但是只有海洋呈现出这种蓝色。大陆、云层和冰原看起来一点也不蓝。是海洋，而不是大气，赋予了地球这样的肤色。

几千年来，人们被迫简单地接受世界的这些属性为事实。但是随着现代科学的进步，我们理解了它们为什么会呈现蓝色。

图示:当太阳高高举过头顶时，面向天顶的天空空呈现较暗的蓝色，而面向地平线的天空空则呈现较浅、较亮的青色。这是由大量的大气和低角度可见的散射光造成的。(卡斯滕·凯特曼/皮克斯拜)

与你之前读到的相反，天空空呈现蓝色并没有单一的原因。天空不会变蓝，因为太阳发出蓝光。我们的太阳发出各种不同波长的光，加起来就是白光。氧气本身不是蓝色的，而是在光线下无色透明的。然而，大气中有许多分子和更大的颗粒，它们以不同的量散射不同波长的光。对天空的颜色空没有影响，而我们眼睛的敏感度是绝对的:我们无法直接看到现实，而是通过感官感知，大脑解释。

这三个因素——太阳的光线、地球大气层的散射效应、人眼的反应——都让天空空产生了蓝色。

插图:由棱镜散射的连续光束的动画图。如果你有可以看到紫外线和红外线的眼睛，你可以看到紫外线比紫色/蓝色光线弯曲得多，而红外线比红色光线弯曲得少。(LUCASVB /维基共享资源)

当我们通过棱镜透射太阳光时，我们可以看到它是如何被分成各个部分的。最高能量的光也是最短波长(和高频)的光，而较低能量的光比其高能量的光具有更长的波长(和低频)。光的色散是因为波长是决定光与物质相互作用的关键属性。

微波炉的大孔允许短波长的可见光进出，但让更长波长的微波光进入并反射。太阳镜上的薄涂层反射紫外线、紫色和蓝色光，但允许较长波长的绿色、黄色、橙色和红色光通过。组成我们大气层的微小而不可见的粒子——如氮、氧、水、二氧化碳和氩原子等分子——散射所有波长的光，但优先散射更蓝和更短波长的光。

图示:瑞利散射对蓝光的影响大于红光。在可见光波长中，紫色光是最分散的。只是因为我们眼睛的敏感，天空空是蓝色而不是紫色。最长和最短波长的可见光经历瑞利散射，有整整一个数量级的差异。

这背后有一个物理原因:组成我们大气层的所有分子的大小都小于人眼所能看到的各种波长的光。更接近分子大小的波长将被更有效地散射；从量上来说，它遵循的规律叫做瑞利散射。

可见光范围的紫光散射频率比另一端的红光散射频率高9倍。这就是为什么在日出、日落和月食期间，红光仍然可以有效地穿过大气层，但波长更长的光实际上并不存在，它们被优先散射掉。

图示:如图所示，一些乳白色物质具有与大气相似的瑞利散射特性。从右上方照射这块石头的白光，石头本身会散射蓝光，但允许橙/红光优先通过而不被阻挡。

因为更蓝的光更容易散射，所以任何直射的阳光在穿过大气层时都会变得越来越红。然而，天空的其余部分空将被间接阳光照射:光线照射到大气层，然后再次被你的眼睛看到。大多数光线的波长是蓝色的，这就是为什么白田甜空是蓝色的。

直到有足够的大气将蓝光散射到你的眼睛，它只会呈现更红的色调。如果太阳在地平线以下，所有的光都必须穿过大量的大气层。更蓝的光向各个方向散射，而更红的光不容易散射，这意味着它需要更直接的路径才能到达你的眼睛。如果你曾经在日落之后或日出之前飞过，你可以看到这一壮观的景象。

图示:在高海拔地区，日出前或日落后的第二天空，可以看到一系列的颜色，这是大气对太阳光的多次散射造成的。来自地平线附近的直射光变得非常大，而散射光只有在远离太阳的时候才是蓝色的。

这可以解释为什么日落、日出、月食是红色的，但可能会让你疑惑为什么天空空呈现蓝色而不是紫色。事实上，来自大气层的紫色光比蓝色光多，但也有其他颜色的混合。因为你的眼睛里有三种类型的视锥细胞(用来检测颜色)和单色视锥细胞，所以当你想分辨颜色的时候，这四种视锥细胞的信号需要你的大脑去解读。

每种类型的视锥细胞和视杆细胞对不同波长的光敏感，但所有这些细胞在某种程度上都受到[/k0/]的刺激。我们的眼睛对蓝色、青色和绿色光的反应比对紫色光的反应更强烈。即使紫光再多，也不足以抑制我们大脑提供的强烈的蓝色信号，这就是为什么天空空在我们眼中呈现蓝色的原因。

图示:人类第一次从月球边缘看到地球升起，用肉眼从Tai 空发现地球，至今仍是人类历史上最具标志性的成就之一。1968年12月的阿波罗8号是成功登月的重要开创性任务之一。它将于今年7月庆祝登月50周年。请注意，地球的蓝色是由于海洋，而不是大气。(美国宇航局)

另一方面，海洋是完全不同的东西。如果你把地球作为一个整体来看，从Tai 空，你会注意到我们拥有的水体并不是统一的蓝色，而是根据水深的不同而不同。较深的水域是深蓝色；浅水区是浅蓝色的。

如果你仔细看下面的照片，你会注意到靠近大陆的水域(沿着大陆架)比深海的深蓝更浅更绿。

插图:地球的海洋看起来是蓝色的，但沿着大陆架，它们看起来比海洋中最深的蓝色还要浅。这不是图像构建方式造成的错误，而是真实的现象，详细描述了不同深度的海洋本身对太阳光吸收和反射的差异。(美国航天局/ MODIS /蓝色大理石项目)

如果你想要更直接的证据证明海洋本身看起来是蓝色的，你可以尝试潜水并记录下你所看到的。当我们在自然光下——即没有任何人工光源的情况下——拍摄水下照片时，我们可以立即看到一切都是蓝色的。

当我们越潜越深，到达30米、100米、200米的深度时，一切都会呈现蓝色。就像大气一样，水是由有限大小的分子组成的:它比我们能看到的任何光的波长都要小，这是有道理的。但是在这里，在海洋深处，散射的物理性质有些不同。

图示:如果你潜入一个水体，只让周围的自然光照射你的周围，你会发现一切都呈现蓝色，因为红光是最先被完全吸收的光。

当光线穿过大气时，大气的主要作用是散射。光穿过水时，水主要吸收(或不吸收)光。像所有的分子一样，水对它能吸收的波长有偏好。水与波长没有直接关系，但最容易吸收红外线、紫外线和红色可见光。

这意味着，如果你潜水到一个适中的深度，你不会感觉到太阳的温度，你将免受紫外线辐射。当红色的光被拿走，事物将开始变成蓝色。再往下一点，橘子也会消失。

图示:在更深的深处，当海水被来自上方的自然阳光照射时，不仅红色，橙色和黄色也开始消失。甚至绿色也会被吸收，只留下微弱的蓝光。(FLICKR的丹尼斯·贾维斯)

再往前，黄色、绿色、紫色开始被吸收。当我们潜到更深几公里的时候，连蓝光都会消失，虽然这将是最后一次。

这就是为什么最深的海洋呈现深蓝色:因为所有其他波长都被吸收了。最深的蓝色在水中所有波长的光中是独一无二的，被反射和重新发射的概率最高。目前地球全球平均反照率为0.30，也就是说有30%的入射光被反射回Tai 空。但如果地球是一个深水海洋，我们的反照率就只有0.11。其实海洋是很适合吸收阳光的！

插图:2001年和2002年MODIS数据的全球复合材料的两个半球。请注意，是我们的海洋，只有我们的海洋，让我们的星球从Tai 空呈现蓝色。(美国宇航局)

因为有了反射，天空空和海洋就不会呈现蓝色；都是蓝色的，但都是因为自己的原因。如果你完全拿走了我们的海洋，人们仍然可以看到地面上的蓝天空，如果你设法拿走了我们的天空空(但仍然以某种方式给予表面的液态水)，我们的星球仍然会呈现蓝色。

天空中空，蓝光散射得更快，阳光从云层的缝隙中直射到我们身上；在海洋中，波长越长的可见光越容易被吸收，所以光线照射得越深，蓝色的光逐渐显得越深。其他行星也可能有蓝色的大气层，如天王星和海王星。但是地球是我们知道的唯一一个表面是蓝色的星球。也许有一天，当我们发现另一个表面也覆盖着大量液态水的星球时，我们就不再孤独了！