為什麼夜空是棕色的

這裡先要祝賀中國火星探測器“天問一號”於今日發射成功！

在火星上觀賞日落時，會看到什麼顏色的夕陽呢？

火星日落

美國宇航局的“勇氣”號火星探測器拍攝的這張令人驚歎的全景圖中，藍色的太陽即將落在火星地平線以下。

火星日落為何呈現藍色

如果一顆行星的大氣層所含氣體很少，灰塵卻很多，那麼呈現出日落的顏色和地球是不同的。

首先，任何一顆大氣層以氣體為主的行星，都會遵循光的散射模式，即在日落時呈現為我們眼睛所能看到的顏色。

由於火星大氣的密度只有地球的1/80，所以，火星大氣對太陽光的散射主要由較大的塵埃顆粒控制。

地球上的氣體分子，由於其直徑小於光的波長，因此，氣體分子向各個方向散射太陽光。相比之下，火星塵埃主要向一個方向散射太陽光，即向太陽光前進的方向。

此外，塵埃粒子散射紅光的角度要比藍光大得多。藍光的散射範圍不是很廣，反而會變得更加集中，並且，火星大氣中藍光的散射強度大約是紅光的6倍。

最主要的一點是火星的大氣層非常稀薄且以灰塵為主，所以，波長較長的紅光反而散射較慢，最終散射較強的藍光勝出。

當你看火星的日落時，你會發現太陽像一個白色的圓盤，太陽周圍有藍色的光芒。再往外看，天空開始泛紅。在那裡，你可以看到紅光以更大的角度散開。

在天王星上，大氣中氫、氦和甲烷的氣體粒子散射短波光藍色和綠色最多，同時吸收（但基本上不會再反射）較長的紅色波長。

這就創造了一個明亮的藍色天空，當藍光相對於較長的綠色波長散開時，在日落時就變成了綠松石色。

而在土衛六（土星的一個衛星）上，日落時的天空會從黃色變為橙色到棕色。

我們現在知道了火星上的落日是藍色的，那麼地球上的夕陽為什麼是紅色呢？

地球上的火紅色落日

我們和親朋好友在海邊暢玩嬉戲，當火紅的夕陽帶著玫瑰色和桃紅色的餘輝步入海天盡頭時，我們靜坐小憩，暢談人生，油然而生無盡感慨，這是我們在地球上觀賞日落一種獨特享受。

在觀賞美景的同時，我們也會驚歎大自然的神奇，那麼，為什麼地球上的落日會是紅色的？

這是因為，地球的外衣——大氣層是由無數微小的氣體分子（主要是氮和氧）組成的，當太陽光進入大氣層時，受到這些不規則的氣體分子的阻攔。

我們都知道，牛頓用三稜鏡把太陽光折射出七種顏色：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，

得出了太陽光是由七種顏色的光組成

，並且它們的波長也是由高到低，在760~400nm之間。

這七種不同波長的顏色與氣體分子發生的散射快慢也不同，所以，當太陽光穿過大氣層時，進入我們眼中所呈現的顏色也不同。

隨著地球的自轉，在傍晚時太陽到了我們目視的正前方，這時太陽光的傳播距離相對於白天要更遙遠。

我們知道，c＝γλ，就是光速＝頻率*波長，因此，在光速不變的前提下，波長最短的紫光和藍光反而頻率最高，所以散射的速度更快，而波長最長的紅光，頻率最慢導致散射的最慢，反而傳播的最遠，當傍晚的太陽光穿過厚厚的大氣層之後，僅剩下紅色光線，這時，我們所看到的落日就是火紅的顏色了。

那麼一定還會有同學問，為什麼太陽光穿越大氣會發生散射而不是折射、反射？

太陽光經過大氣發生散射的前提是：大氣層內的氣體分子必須小於太陽光的波長。

當太陽光分子和氣體分子相互接近時，由於雙方具有很強的相互斥力，迫使它們在接觸前就偏離了原來的運動方向而分開，這時就發生了“散射”。

對於比波長小的氣體分子來說，其散射光線能力與光線波長的四次方成反比，所以，這種散射是有選擇性的。例如波長為0。7微米時的散射能力為1，波長為0。3微米時的散射能力就為30。

如果太陽光遇到直徑比波長大的分子時，雖然也被散射，但這種散射是沒有選擇性的，例如空氣中存在較多的塵埃或霧粒，一定範圍的長短波都被同樣的散射，這時，天空會呈灰白色的。

有時為了區別有選擇性的散射和沒有選擇性的散射，將前者稱為散射，後者稱為漫射。

而折射就很好理解了，當光線穿過一種均勻的透明介質時，傳播方向發生了改變，這就叫做折射。

例如，我們在看見魚兒在清澈的水裡面遊動，但是，沿著你看見魚的方向去抓它，卻又抓不到，可是有經驗的漁民卻知道，只有瞄準魚的下方才能把魚抓到，其實，我們看見水中的魚兒會比實際位置高一些，這就是光的折射現象引起的。

最好理解的就是反射了，當光線經過空氣遇到一種均勻介質後，又被彈回空氣中，這就是反射。

簡單地說，光在反射時遵循光的反射定律：反射光線與入射光線、法線在同一平面內；反射光線和入射光線分居法線兩側；反射角等於入射角。

結語

7月23日12時41分，我國成功發射首次火星探測任務——天問一號探測器，開啟了中國自己的火星探測之旅。

這顆與地球非常相似的星球，承載了我們的星球移民夢想，期待有那麼一天，能真正到火星上開造人類新紀元。