为什么天空是蓝色的？晴朗的天空是蓝色的，不是因为大气本身是蓝色的或者含有蓝色物质，而是因为大气分子和悬浮在大气中的微小粒子散射阳光。由于介质的不均匀性。光偏离原始传播方向并向一侧散射的现象称为光的介质散射。

微粒的散射遵循瑞利定律：散射光的强度与波长的四次方成反比。当阳光穿过大气层时，波长较短的紫色、蓝色和青色光最容易散射，而波长较长的红色、橙色和黄色光散射较少。由于这种综合效应，天空呈现出蓝色。为什么初升的太阳是红色的？早上，阳光穿过厚厚的大气层，然后紫色和蓝色的光被强烈散射。当到达地平线时，只剩下一点点了，只有波长更长的黄色、橙色和红色的光。因此，初升的太阳是红色的。这些彩色光被地平线上的大气分子、灰尘、水滴和其他杂质散射，使得那里的天空呈现出绚丽的色彩。如果有云，它会把光反射回来，云会染上颜色，出现日出和日落。为什么大海是蓝色的？人眼看到的海水颜色是海水反射到太阳的光的颜色。当白光发射到海水时，由于海水对白光的选择性吸收和散射，海水呈现蓝色。当光穿过介质时，光的部分能量被介质吸收并转化为介质的内能，因此光的强度随着光穿过的厚度而衰减。这种现象称为光吸收。如果一种介质在一定的波长范围内吸收少量的光，并且随波长变化很小，这种吸收称为一般吸收。如果特定介质对特定波长的光的吸收特别强，并且随波长变化很大，这种吸收称为选择性吸收。当阳光照射到海水上时，海水看起来是蓝色的，因为它选择性地吸收红色和黄色的光，并强烈地散射和反射蓝色和紫色的光。绝大多数物体呈现颜色，这是它们表面或身体对可见光选择性吸收的结果。

除非有外部干涉，否则光是直线传播的。当光在空气中传播时，不可避免地会遇到空气中的气体分子和其他粒子。这些粒子具有物理效应，例如光的吸收、反射和散射。正是这些物理效应使晴天的天空变蓝。

对为什么天空是蓝色的正确解释始于1859年。科学家特德首次发现蓝光比红光强得多，这就是“特德效应”。几年后，科学家瑞利更详细地研究了这一现象。他发现散射强度与波长的四次方成反比。后来，更多的科学家称这种现象为瑞利散射。瑞利散射很容易通过下面的小实验来验证(如图2所示):用一个装满水的杯子，然后往杯子里滴几滴牛奶，用手电筒作为光源，从杯子的一边照射，从杯子的另一边看到红光，从垂直于光的方向看到蓝光(在黑暗中效果更明显)。

那时，特德和莱利都认为天空的蓝色是由空气中的小尘埃和水滴引起的，它们类似于水中的牛奶悬浮颗粒。甚至在今天，许多人都这么认为。事实上，情况并非如此。如果天空完全是由小尘埃和水滴造成的，天空的颜色会随着湿度而改变。事实上，天空的颜色随着湿度变化很小，除非下雨或云层聚集。后来科学家推测空气中的氮和氧分子可以解释天空中的“泰多效应”。爱因斯坦最终证实了这一猜测，他详细计算了散射效应，计算结果与实验相符。

我们看到的蓝天是空气分子和其他粒子选择性散射入射阳光的结果。散射强度与颗粒大小有关。当粒子的直径小于可见光的波长时，散射强度与波长的四次方成反比，并且在不同波长散射的光的比例不同，这也变成选择性散射。当阳光进入大气层时，空气分子和颗粒(灰尘、水滴、冰晶等)会聚集在一起。)散射周围的阳光。在构成阳光的七种光中，红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝色和紫色的波长最长，紫色的波长最短。波长较长的红光具有最大的透射率，并且大部分红光可以直接将大气中的粒子传输到地面。较短波长的蓝色、靛蓝、紫色和其他颜色的光很容易被大气中的粒子散射。以入射太阳光的蓝光(波长0.425m)和红光(波长0.650m)为例，当光通过大气时，空气粒子散射的蓝光约为红光的5.5倍。因此，晴天时天空是蓝色的。然而，当天空中有雾或薄云时，由于水滴的直径远大于可见光的波长，选择性散射的效应不再存在，不同波长的光将被平均散射，因此天空呈现白色。

如果短波光散射更强，你肯定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因是当阳光穿过大气层时，空气分子对紫光的吸收率更强，所以我们可以在阳光中观察到较少的紫光，但它并不是绝对不存在的。雨后彩虹中的紫光很容易观察到。另一个原因与我们的眼睛本身有关。在我们眼里，有三种接收器，分别叫做红、绿和蓝视锥，它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外部光的刺激时，视觉系统根据对不同受体的刺激强度，重建光的颜色，即我们看到的物体的颜色。事实上，红色圆锥体和绿色圆锥体也反映了蓝色和紫色的刺激。红色圆锥体和绿色圆锥体同时接受阳光的刺激。此时，蓝色锥体受到更强的蓝光刺激。最后，它们的组合结果是蓝色而不是紫色。