为什么太空中看到的地球呈现蓝色?

生活 2023-12-23 20:39:01 知道百科

地球被称为蓝色星球,这是因为从太空的视角来看,地球的表面覆盖着大片的深蓝色海洋和湖泊,以及高山脉的青翠林地。而造成这种蓝色的主要原因是地球大气层中的气体和微粒所造成的散射现象。当太阳光穿过大气层并投射到地球表面时,蓝色光波会相对更多地散射而传播到眼睛中,使我们从太空中看到的地球变成了蓝色。这种蓝色的美丽景象不仅是地球独特的特征,也是提醒我们保护地球环境,维护蓝色星球的责任。



火星是颗红色星球,月亮是灰白色的,土星放出黄光,我们的太阳是闪耀着的是璀璨夺目(看多了要瞎)的白光。而我们居住的地球,无论从深空、还是略高于我们的近地轨道、亦或是去到太阳系的外太空,看到的地球都闪耀着美丽的蓝色。但这是为什么?为什么地球看上去是蓝色的?

首先,不是整个星球都是蓝色的。云层本身是白色的,反射白光。另外,因为相同的原因,像地球两极上帽子一样的冰雪也是白色的。从远处看到的大陆,看上去要么呈棕色,要么是绿色,这取决于当时的季节以及当地的植被覆盖情况。


○ 图片来源:NASA Earth Observatory

从中我们了解到的重要信息是:地球不是因为天空和大气是蓝色而呈蓝色的。因为如果是这样的话,那么从表面反射出的光将都是蓝色,这与我们看到的情况不相符。但也有真正来自蓝色的部分——海洋。地球上蓝色的程度取决于海水的深度。仔细看下图,你会注意到相比于深蓝色的海洋,与大陆毗邻的区域(沿着大陆架)会出现较浅的青绿色色调。


○ 图片来源:NASA’s Blue Marble / VIIRS / Suomi NPP

你可能听说过“海洋之所以是蓝色,是因为天空是蓝色的,海水正是反射了天空的颜色”这样的论调。我们已经在上文讨论过天为何是蓝色的了。但如果真的只是简单的因为海洋反射了天空的颜色,那我们就不应该看到海洋出现这些深浅不一的蓝色。如果你在自然光条件下在深入水中拍摄照片,就会注意到当潜到一定深度时,周围所有的一切几乎都会呈淡淡的蓝色。

海水本来是无色透明的,而大海是蓝色的,为什么呢?在一个世纪以前,科学家们却搞不清楚,直到一位印度科学家进行深入研究,给出完美答案,他也因此获得诺贝尔奖……

他叫拉曼(1888—1970),印度物理学家,因光散射方面的研究工作和喇曼效应的发现,获得了1930年度的诺贝尔物理学奖,是为第一位获得诺贝尔物理学奖的亚洲科学家。

事实是,海洋是由水分子构成的,像所有分子一样,水分子能优先吸收某些波长的光。最容易被水分子吸收的光是红外线、紫外线和红光。这意味着如果你潜到更深的深度时,你从太阳那里感受到的温暖会更少,你将免受紫外线的辐射,周围的事物开始变蓝,如同红光被完全夺走一样。

再往深处一点,橘色光也彻底消失了。


蓝色的地中海

再向下,黄光,绿光和紫光都开始不见。

最后当我们到达几公里的深度时,蓝光也消失了。

这就是为什么最深的深海处是深蓝色的,因为所有其他波长的光波都被吸收了,而最深的蓝色最有可能被反射并重新辐射回宇宙。这也是为何假如整个地球都被海洋覆盖,那么只有11%的来自太阳的可见光会被反射回太空中去,因为海洋实际上相当擅长吸收阳光!

基于地球70%的表面被海洋覆盖,且大部分都是深海区这一事实,导致我们的世界从远处看来是蓝蓝的。


○ 海王星(左)和天王星(右)。 | 图片来源: NASA / Voyager 2

太阳系里的另外两颗蓝色星球天王星和海王星,其大气层主要由氢气、氦气和甲烷构成。(海王星有更多的冰,并具有更多种类的化合物,因此会出现不同色调。)在足够大的浓度下,甲烷在吸收红光和反射蓝光方面要强一些,而氢气和氦气几乎对所有可见光谱都透明。对于蓝色的大型气体星球来说,其颜色实际是由天空本身的颜色决定的。

但对地球来说,我们的大气层很薄,不足以对我星球的着色负责。天空和海洋并不是因为互相反射才呈蓝色,而是它们本身各自都是蓝色的。如果你能设法把海洋全部吸干,那么在地球表面的人看到的天空仍是蓝色;如果你能设法把天空撤掉,但仍以某种方式维持地表的液态水,那么从太空中看我们的地球还是仍然是蓝色。

蓝色是我们这颗小小星球的本命色啊!

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