【种花家务·物理】4-6-04虹，霓，天空的颜色『数理化自学丛书6677版』

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第六章光的波动性

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】  

§6-4虹，霓，天空的颜色

【01】通过光的色散原理，初步揭示了颜色的由来，所谓颜色就是一定频率的光波射入人的眼晴所引起的一种视觉。我们周围的物体呈现着绮丽缤纷的彩色；许多自然现象也常常伴随着悦目的色调出现。人们不禁要问：雨后天空为什么会有美丽的长虹出现？晴朗的天空为什么总是蓝色的？清晨和黄昏的时候看见的太阳又为什么分外嫣红？等等。

1、虹和霓

【02】夏天雨后在朝着太阳那一边的天空上，常常会出现彩色的圆弧，这就是虹。下雨以后，天上悬浮着很多极小的水滴，太阳光沿着一定角度射入这些小水滴里，会引起两次折射和一次反射，然后又从水滴里射出来.太阳光（白光）射入水滴的时候，太阳光里所有的单色光都有着相同的入射角，但是在折射的时候，各种单色光的折射率各不相同，于是就发生了色散现象，朝着这些小水滴看过去就会看见彩色的虹，如图6·20所示。虹的颜色总是红色在外、紫色在内依次排列的。

【03】当出现虹的时候，有时旁边还可看见另一道彩色的圆弧，它的颜色的排列和虹相反，恰好是内红外紫，颜色也比虹淡些，这就是霓，又称为副虹，它是太阳光射到小水滴里，经两次折射和两次反射以后而形成的（图6·21）。由于光线在水珠里多经过了一次反射，所以颜色的排列跟虹相反，而多一次反射，又使光的能量也散失一些，因此霓的光带不如虹的色彩鲜明。

【04】在城市公园的喷水池旁，由于空中充满着细小而均匀的水滴，故当人们背着太阳沿着一定角度看去，也能看到小小的人造虹。当夏天洒水车刚刚走过的时候，也有这种情况出现。

2、天空的颜色

【05】另一个引人入胜的问题，就是在晴朗的日子里，天空的背景为什么总是蓝颜色的？

【06】我们知道，地面上覆盖有一层很厚的大气层，还有烟尘之类的微粒悬浮在大气里。可以想象，如果眼睛不是直视太阳，由于天空中大气和微粒的漫射，地面应当得到各种颜率的色光，从而天空应当是白颜色的，但为什么它会显示出蓝颜色来呢？

【07】原来，太阳光通过大气层的时候，由于大气中分子无规则的运动，和许多其他因素的影响，使得大气层的分子密度总在不断地变化着，由于这种密度的起伏，使折射率也发生起伏的变化，于是太阳光穿过大气的时候就不能沿着直线传播（光线只有在密度均匀的媒质中才是沿直线传播的），因而发生了散射现象.科学研究指出，这种分子散射，散射光的强度与波长等因素有一定的关系：波长越短的光，被散射得也越多。如波长较短的蓝光和紫光所受到的散射，要比红光和橙光强十倍以上，所以天空中便存在着大量的这种被散射出来的波长较短的光线，使得天空呈现出浅蓝或纯蓝的颜色。图6·22简单地表明了太阳光通过大气层发生散射的情况。

【08】也正由于这种大气分子的散射作用，日出和日落的时候，太阳看上去显得分外嫣红。如图6·23所示，日出或日落时射到地面上来的太阳光经过大气层的路程要比中午时长一些，因而太阳光中波长较短的成分也被散射得多一些，波长较长的红光散射得最少，直射而来的红光也就最多，所以这时侯太阳呈现红色。朝霞或晚霞显示出瑰丽的红色也是同样的缘故。