天空中的奇幻美景

科普中国-科学原理一点通 2018-01-25

　　大家都知道天空是无边无际的，一片蔚蓝，浩瀚如海。但你留意过天空中的那些奇幻美景吗？当你认真欣赏时，你一定会慨叹自然界的神奇与奥妙！

　　你欣赏过美丽的彩霞吗？

　　“朝霞不出门，晚霞行千里”……这种朗朗上口的农家谚语是很久以前我国古代劳动人民总结出来的，他们和你一样注意到了日出前后天边经常出现的色彩缤纷的现象——彩霞。

　　大气的颜色源自阳光。同天空之所以是蓝色的道理一样，彩霞的形成也与空气分子对阳光的散射有关。太阳在地平线上起落的时候，光线斜达地面，与地面的夹角很小，这时阳光就要通过比较厚的大气层才能到达地面。这时候，“小个子”蓝、紫色等光，在漫长的穿越大气的过程中早已被散射得寥寥无几，余下的红、黄、橙色等光能够一路顺风，到达地球，这就是我们通常所见的霞的颜色。如果刚好有云朵，那就会形成美丽的火烧云。越接近地平线，大气就越厚，光的波长越长，霞显得越红。同样，大气中杂质、水汽越多，散射越强，霞就会越红，杂质、水汽越少，霞越近青色和白色，所以还有“青霞白霞，无水烧茶”的谚语。

　　彩霞漫天

　　为什么雨后偶尔会出现彩虹？

　　“不经历风雨，怎能见彩虹”，此乃经典的歌词。暴风雨过后天空架起一座明丽的彩虹桥，这的确叫人心旷神怡，然而，你一定也在想，经历过风雨，就一定会见彩虹吗？那么，究竟需要怎样的条件才能形成彩虹呢？

　　彩虹的颜色也是来自太阳。雨后，天空中仍有大量的小水滴，这些小水滴就像一个个小透镜。阳光经过它后发生了反射和折射，光线的强度减弱。同时，由于折射，原本的白光被分解成了七色光，但其色序与晕相反，从外至内由红到紫排列。

　　如果阳光猛烈、温度高的话，雨后的水滴很快会被蒸发掉；夏天雷阵雨的下雨范围很窄，空中水滴分布不均。以上情况都不会出现彩虹。

　　彩虹的明艳程度、宽窄取决于水滴大小：水滴大，彩虹鲜艳且色带窄；水滴小，彩虹黯淡且色带宽。

　　彩虹的形成与太阳的高度关系也很大。阳光是射到它对面天空的水滴上而形成彩虹的，因此彩虹应位于太阳对面，如果太阳过高，就算有彩虹，也在地平线以下，我们也看不见。

　　彩虹桥的上方偶尔还会出现第二条彩虹，称为霓。霓与虹成因相似，不过阳光在水滴里多反射了一次才射出，因此色序同虹相反，亮度也削弱了。虹霓同时出现的美景令人惊艳，让你不得不折服于大自然的鬼斧神工！

　　等雨过天晴，阳光普照，温度回升，空中残留的水滴一旦被“清理掉”，彩虹也就不会出现了。也许是因为像彩虹这样美好的事物总是昙花一现，才会叫人无限留恋和向往，更让人懂得珍惜生活中美好而短暂的一切。

　　蓝天上的彩虹

　　你见过海市蜃楼吗？

　　山东蓬莱、广东惠来和浙江普陀是中国经常能看到海市蜃楼的三个地方。

　　在广东惠来神泉港的西南海面，经常出现海市蜃楼奇景，时间多在春夏交替之际、天欲大雨之时。有趣的是，从古到今的报道中，海市蜃楼的景象次次有不同，有古代的亭台楼阁，有现代的高楼大厦，甚至还有过战争场面。而且同一次蜃景也变幻莫测，或隐或现，若远若近，蔚为壮观。蜃景的出现有一年一次或数年一次，也有一年两次。长则数小时，短则十分钟，有的一瞬即逝。为什么会出现如此奇妙的景象呢？

　　光线在均匀介质中是直线传播的，而大气却是非匀质的，在近地面大气中存在水滴、冰晶、气溶胶、气体分子等悬浮物。此外，温度的反常分布也会造成空气密度反常分布，此时光线就会以反射、散射、衍射等方式改变行进方向，从而发生绚丽多彩的大气光象。

　　海市蜃楼，今称蜃景，虽叫“海市”，但并不专指在海上出现的“蜃景”，还包括所有在空气密度反常分布时大气中出现的光学折射现象。按蜃景出现的方位，可分为上现、下现、侧现和复杂蜃景，按发生地点，可分为海蜃、沙漠蜃、湖蜃、路蜃等。蜃景可以是五彩的也可以是黑白的；可以是正的，也可以是倒的或反的；可以与实物并现，也可不见实物仅见蜃景。

　　夏季在沙漠或柏油马路上空，地面热得放块铁板就可以煎蛋，有时也可出现与“海滋”相似的下现倒蜃。在炎热的沙漠、柏油马路上方，我们看到的空气模糊和颤动现象，也是由于近地面温度高，热对流引起了大气密度异常变化所致。