@ 2015.09.24 , 16:00

蓝星为什么是蓝色的?很稀罕?

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Image credit: NASA / ESA.

“每当我凝视月球时,就觉得自己坐上了时间机器,又回到那珍贵的时刻,站在那不详——而美丽——的宁静海上,我能看到我们闪耀的蓝色地球悬浮在黑暗的太空中。”—巴兹·奥尔德林

火星是红色行星;月球是灰灰的;土星闪着黄色而太阳是亮瞎眼的白色。但是我们地球,当从空间远处看去,无论我们是仅仅从世界上飞起一丢丢,还是在低地球轨道上,亦或是抵达外太阳系远处,它都闪耀着辉煌的蓝色。

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Image credit: NASA / Galileo spacecraft.

整个地球当然不是蓝色的。云本身是白色的,它反射白色阳光至任何旁观者。冰—— 如地球两极的冰帽——呈现白色也是因为同样原因。类似地,大陆从很远处看上去不是棕色就是绿色,取决于季节和地形的植物覆盖度。

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Image credit: NASA Earth Observatory, of southern summer / northern winter.

最后,地球的水体呈现的蓝色色调根据水深而变化。如果你仔细看下图所示的照片就会发现,大陆周边区域相比深海是更浅、更青色的蓝色色调。

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Image credit: NASA’s Blue Marble / VIIRS / Suomi NPP.

你可能听说过大海呈蓝色是因为天是蓝的,水映照了天空。好,天是蓝的,那是肯定的。而天空是蓝色的,是因为我们大气层能比红光(波长较长)更有效的散射蓝光(短波长)。这就是为什么:

■ 白天天空呈现蓝色是由于射入大气层的短波长光线在各个方向上散射,到达我们眼睛的“蓝色” 比任何其他波长都更多。

■ 太阳和月亮在初升和降落时呈现红色,是因为蓝光在通过非常厚的大气层时被散射掉,而红色光被选择性保留,进入我们的眼睛。

■ 为什么月全食期间月亮会呈红色:穿过我们大气层的红光仍然会落在月球表面,而蓝光则过于轻易地被散射掉了。

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Animation credit: Wikimedia Commons user Tomruen.

但如果海洋只是映射天空,我们就不会在更深的水域看到不同的深浅的蓝色调。事实上,如果你在水下用自然光拍一张照片,不用任何人工光源,你就会注意到——那怕只是在中等深度——几乎所有东西都是蓝扑扑的。

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Images credit: Tuomas Kujansuu

事实上,海洋是由水分子构成的,而水就像所有分子一样,优先吸收某些波长的光。水最容易吸收的波长是红外线、紫外线和红光。这意味着如果你下潜到只是中等深度,你就不会感受到太多的太阳温暖,你会受到紫外线保护,随着红光被吸收,东西会开始变蓝。

再下潜一些,橙色也会消失。

过了这里,黄色,绿色和紫色开始被吸收。

当我们下潜到几公里深,最终蓝光也会消失,虽然它是最后才消失的。

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这就是为什么最深的深海呈现出深暗蓝色:因为所有其他波长都被吸收,而最深的蓝色有最大概率被反射并重新发射回宇宙。这也是为什么如果地球全部是海洋,入射可见光就只有11%会反射回太空:海洋事实上相当擅长吸收阳光!

由于我们世界表面70%覆盖着海洋,其中大部分是深海,从远处看我们的世界果断是蓝色的。

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Images credit: NASA / Voyager 2, of Neptune (L) and Uranus (R).

而另一方面,天王星和海王星的大气主要由氢、氦和甲烷构成。(海王星富含水冰,并具有更多样的化合物,因此色调也不同。)
在足够高的浓度上,甲烷比其它波长略微更能吸收红光和反射蓝光,而氢和氦对于所有频率的可见光基本都是透明的。因此,对于蓝色的气体巨行星来说,这是由于天空本身的颜色。

但是在篮星上?我们的大气层过于稀薄,不足以为我们行星的颜色负责。天空和大海的蓝色并不是由于反射;他们都是蓝的,但都是出于自身的原因。如果你把我们的海洋完全移走,我们仍然有蓝天,而如果你把我们的天空弄走(但仍然以某种方法给我们留下地表液态水),我们的行星仍然会呈蓝色。

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Image credit: NASA’s Earth Observatory / MODIS.

对于一个淡蓝色小圆点来说,干得不错。

本文译自 Medium,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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