一个“天象谜”的谜底，本文主要内容关键词为：天象论文,谜底论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在日常生活中，我们经常会看到这样一些天空现象：朝阳、夕阳、朝霞、晚霞都是呈红色的，晴天正午的太阳是耀眼亮白的，而睛朗的天空则是蔚蓝的……
为什么同一个太阳会有不同的颜色呢？为什么同一个天空也会有不同的色彩呢？这是存在于很多人脑海中的“天象谜”。也许你已知道用光的折射来解释这一现象，但下面还是让我们从更深的层次来探讨一下它的谜底吧！
物理光学的理论对光的本性、光源发光的过程实质以及由光所引起的“子光源”现象等有如下几个令人信服的论述：
1.认为光的本性是一种电磁波，是由不均匀变化的电场和不均匀变化的磁场从光源出发向周围空间传播而成的横波，具有频率、波长、波速和能量，而且可见光中的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光相比，就频率而言，是从红至紫递增的；就波长而言，是从红至紫递减的；就能量而言，在相同可比条件下是从红至紫递增的，蓝、紫光具有引发产生“子光源”的能量优势。
2.光源发光的过程实质是，物质原子的核外电子因吸收某种能量而由相对稳定态变为不稳定的激发态，即从较稳定的低能级跃迁至不稳定的高能级，而后由于自身的不稳定而自动从高能级跃迁回低能级，同时把多余的能量以电磁波的形式向外辐射，形成光波和小辐射源（子光源）。
3.物质原子由于受光激发而发光过程，实质上也是光波中的变化电场引发原子核外电子做受迫振动的过程，而这种受迫振动的振幅大小与变化电场的频率有着直接关系，变化电场频率越接近振动电子的固有振动频率，受迫振动的振幅就越大。当二者等大时，发生共振现象，振幅最大。这就是说，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光在引发振动电荷做受迫振动方面，频率较大的紫光和蓝光易于引发。因为空气分子中电荷固有振动频率比所有可见光频率都大，数紫光、蓝光频率较接近电荷固有振动频率。同时，由于电荷做受迫振动是由入射光中振荡电场E 引发的，所以电荷的受迫振动方向是同电场E的方向平行的， 也就是同入射光前进方向或者说电荷振动轴线垂直，如图1所示。故此， 这个新的电磁波辐射源（或叫“子光源”），虽然是沿着各个方向对周围辐射电磁波（光波），形成光的“散射”现象，但在垂直于电荷e 振动轴线的方向（或光的入射方向）辐射最强，在平行于振动轴线的方向辐射最弱。
下面让我们应用上述理论要点并结合图2 来解释本文所提出的“天象谜”。
图中实线圆表示地球，弯箭头表示地球自转方向，虚线圆表示大气层边界，平行光表示阳光，A、B、C表示图示时刻的三个不同地点。
从图示可以看出，A处的地平线aa’此刻与阳光平行，正处于黎明时分；B处的地平线bb’此刻与阳光垂直，正处于正午时分；C处的地平线cc’与阳光平行，正处于傍晚时分。此时，阳光射至A、C处所通过的大气层AA′、CC′厚度最大，空气分子的振动电荷受阳光电磁波的激发数自然要多，尤其是紫光、蓝光对振动电荷的激发更为显著。这样，在AA′、CC′路上就产生了以紫光、蓝光为主体的无数新光源（小子光源），并按光的“散射”规律向阳光前进方向的侧向辐射出较强的紫光、蓝光来，使得A、C两处的人只能承接到很少的紫光、蓝光而无明显的紫、蓝颜色感。但由于红光的波长在可见光中最长，对空气分子具有较充分的“绕射”条件而具有最大的透射能力。所以，此刻A、C两处的人所承接到的光是以红光为主的，故此，他们对朝阳、夕阳、朝霞和晚霞的总体色感是红的。但B处的人此刻沿BA′、BC′方向看天空时， 因为承接到的光是从A′、C′处向空中散射过来的较强的紫光、蓝光，故此，觉得晴朗的天空是蔚蓝色的，而且从头顶的太阳至远处是先渐蓝而后变灰白的（请同学们自己想一想这是为什么）。
B处的人在晴天仰首看太阳时，因为图示时刻是当地正午时分， 太阳就在头顶上，这时阳光射至地面上所通过的大气层最薄，而且由于气温正是接近最高的时候，大气层空气密度变小，给各种色光的“绕射”创造了必要条件。所以，这个时刻是阳光透射大气层的最显著时分，使B处仰首望日的人不但承接到的光是齐全的七色光，而且是强度最大的光。故此，他们便觉得正午的太阳是白色的，而且亮得刺眼。