天空為什么是藍(lán)色的？
這個(gè)問(wèn)題可能很多人小時(shí)候都問(wèn)過(guò)或者思考過(guò)，其中一部分人可能直到長(zhǎng)大以后都依然沒(méi)有弄明白它，所以今天，我們來(lái)嘗試弄清這個(gè)童年的問(wèn)題。
要解釋天空為什么是藍(lán)色之前，也許我們需要先搞清楚為什么會(huì)有顏色。
人類(lèi)，也包括絕大部分的地球生物，最早接觸的光就是太陽(yáng)光，因此，我們的視覺(jué)系統(tǒng)都是為了適應(yīng)太陽(yáng)光而演化出來(lái)的，我們視覺(jué)系統(tǒng)所能感受到的光稱為可見(jiàn)光。
如果小時(shí)候用肉眼直視過(guò)高空的太陽(yáng)的好奇寶寶可能就會(huì)知道，太陽(yáng)是一個(gè)刺眼的白色圓盤(pán)。（白天直視太陽(yáng)會(huì)灼傷視網(wǎng)膜，造成視力永久性損傷，切勿嘗試！）
因而對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)光是白色的，就是正午直視太陽(yáng)時(shí)所能看到的顏色。（白色光跟白色物體不同，白色光就是沒(méi)有顏色的光）
直到17世紀(jì)一位天才的出現(xiàn)，完全改變了人們對(duì)太陽(yáng)光的認(rèn)知，這位天才就是人類(lèi)歷史上最偉大的科學(xué)家牛頓。
他發(fā)現(xiàn)當(dāng)一束白色的太陽(yáng)光通過(guò)了三棱鏡以后，會(huì)分解成一條彩色的光帶，仿佛太陽(yáng)光散開(kāi)了，這就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的太陽(yáng)光色散現(xiàn)象。
色散現(xiàn)象表明太陽(yáng)光并不是無(wú)色的白光，而是由不同顏色的光所混合而成的，當(dāng)這些不同顏色的光疊加在一起，就會(huì)成為無(wú)色的白光。
現(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)知道光是一種電磁波，那些不同顏色的光就是不同波長(zhǎng)的電磁波。
這些不同波長(zhǎng)的電磁波穿過(guò)透明介質(zhì)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生不同程度的折射，波長(zhǎng)越短，折射率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率越高。
這就導(dǎo)致了包含不同顏色光的太陽(yáng)混合白光在進(jìn)入三棱鏡后，波長(zhǎng)較短的紫光被偏轉(zhuǎn)得更厲害。
而波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光則偏轉(zhuǎn)的角度更小，因而導(dǎo)致一束白光被不同的偏轉(zhuǎn)角度分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的光。
知道了不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同顏色，那么問(wèn)題來(lái)了，我們又是怎樣感受到不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的顏色的呢？答案是我們視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞。
正常人的眼睛擁有三種不同的視錐細(xì)胞，它們對(duì)不同波長(zhǎng)的光敏感，所謂的敏感其實(shí)就是能通過(guò)不同波長(zhǎng)光刺激產(chǎn)生不同強(qiáng)度的神經(jīng)沖動(dòng)。
而我們的大腦就會(huì)把這些不同的神經(jīng)沖動(dòng)處理成不同的顏色的視覺(jué)感受。
大家知道個(gè)大概就好，視覺(jué)的工作原理這里不詳述。
這三種視錐細(xì)胞響應(yīng)光刺激最敏感的峰值波長(zhǎng)分別是570nm、535nm、445nm，在我們的視覺(jué)里對(duì)應(yīng)了紅、綠、藍(lán)三種顏色。如下圖：
從圖中的曲線分布（代表波長(zhǎng)敏感范圍）可以看到，視錐細(xì)胞對(duì)紅、綠光對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)更為敏感。
知道了我們感受顏色的原理之后，我們就可以來(lái)解釋我們?yōu)槭裁纯匆?jiàn)天空是藍(lán)色的了。
首先從視覺(jué)上看，我們能看到天空是藍(lán)色的原因就是，我們對(duì)445nm波長(zhǎng)敏感的藍(lán)色視錐細(xì)胞接收到大量光信號(hào)，而紅、綠顏色視錐細(xì)胞只接收到少量光信號(hào)。
這意味著天空充滿的是波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光。
那么為什么天空中只有波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光？
原因就在于空氣中的氣體顆粒太小，太陽(yáng)光里波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見(jiàn)光會(huì)直接繞過(guò)這些微小的氣體分子直射到地面，而不會(huì)在空氣中被吸收和散射。
只有那些波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光會(huì)被這些細(xì)小的氣體分子吸收和散射，因此大氣中散射的光基本都是波長(zhǎng)較短的光。
那么問(wèn)題來(lái)了，波長(zhǎng)更短的不是紫光嗎？為什么我們看到的天空不是紫色而是藍(lán)色的呢？
原因就是前面說(shuō)的視錐細(xì)胞的敏感性，相對(duì)于紫色，視錐細(xì)胞對(duì)藍(lán)色更為敏感，說(shuō)白了就是我們的眼睛對(duì)紫色不敏感。
因此雖然天空實(shí)際上也散射了大量的紫色光，但我們看到的天空顏色依然是藍(lán)色的。
