为什么海洋和天空是蓝色的？科学的解释是这样的

蓝蓝的天空、地平线附近较浅的光线，以及日出或日落时太阳变红的现象，以及海洋的蓝色作为一种独立现象，都可以得到科学的解释。如果你曾经对你所居住的世界充满好奇，你可能想知道为什么天空是蓝色的。人们经常回答的错误答案包括：

阳光有蓝色，氧本身就是一种蓝色气体，或者天空反射海洋。虽然这些答案都不正确，但最后一次尝试提出了一个人们常常想知道的相关问题：为什么海洋是蓝色的？

从太空看，行星地球通常被描述为淡蓝色的点，但它只是看起来像蓝色的海洋。大陆，云和冰帽根本不显示蓝色；海洋，而不是大气，给我们的星球带来蓝色“肤色”。几千年来，人类必须接受我们世界的这些属性。但随着现代科学的进步，我们理解为什么天空和海洋都是蓝色的。

当太阳高空时，朝向天顶的天空是更深的蓝色，而朝向地平线的天空是更亮，更亮的青色。这是由于大气量较大，以及在天空中以低角度可见的较大量的散射光。

与你可能已经阅读过的内容相反，没有任何一个因素可以解释地球的蓝天。天空不是蓝色，因为阳光有蓝色; 我们的太阳发出许多不同波长的光，并且光总和为净白色。氧本身不是蓝色气体，而是对光透明。然而，在我们的大气层中有无数的分子和较大的粒子确实发挥作用，以不同的量散射不同波长的光。海洋在天空的颜色中没有任何作用，但是我们眼睛的敏感性绝对是这样的：我们不会看到现实，而是我们的感官会感知它，而我们的大脑会解释它。

这三个因素 -太阳的光线，地球大气层的散射效应，以及人眼的反应 - 都是天空的蓝色外观。

由棱镜分散的连续光束的示意性动画。如果您有紫外线和红外线眼睛，您将能够看到紫外线比紫光/蓝光更加弯曲，而红外线的光线会比红光更少弯曲。当我们通过棱镜传递阳光时，我们可以看到它如何分裂成各个组件。最高能量光也是最短波长（和高频）光，而能量较低的光具有比其高能量光更长的波长（和低频）。光分裂的原因是因为波长是决定光与物质相互作用的关键属性。

微波炉中的大孔允许短波长可见光进出，但保持更长波长的微波光进入，反射它。太阳镜上的薄涂层反射紫外线，紫罗兰色和蓝色光，但允许更长波长的绿色，黄色，橙色和红色通过。构成我们大气层的微小不可见粒子 - 氮，氧，水，二氧化碳和氩原子等分子 - 散射所有波长的光，但优先散射更蓝，更短波长的光。

瑞利散射比红色更严重地影响蓝光，但是在可见波长中，紫光分散最多。只是由于我们眼睛的敏感性，天空呈蓝色而不是紫色。最长波长和最短波长的可见光经历瑞利散射的差异几乎整数量级。这背后有一个物理原因：构成我们大气层的所有分子都比人眼可以看到的各种波长的光线小。更接近存在的分子大小的波长将更有效地散射; 在数量上，它服从的法则称为瑞利散射。

在我们可以看到的短波长限制下的紫光比我们视觉另一端的红色长波光的散射频率高9倍。这就是为什么在日出，日落和月食期间，红光仍然可以有效地通过大气层，但是更加波长的光几乎不存在，优先被散射掉。

一些乳白色材料，如此处所示，与大气具有相似的瑞利散射特性。从右上方照射这块石头的白光，石头本身散射蓝光，但允许橙色/红色光优先穿过不受阻挡的光。由于更蓝的光波长更容易散射，任何进入的直射阳光都会变得越来越红，越过它通过的大气层越红。然而，天空的其余部分将被间接的阳光照亮：光照射到大气层然后被重定向到你的眼睛。绝大多数光线的波长为蓝色，这就是白天天空是蓝色的原因。

如果有足够的气氛将蓝光散射到你的眼睛之前，它只会呈现更红的色调。如果太阳低于地平线，所有的光必须通过大量的大气。更蓝的光线向各个方向散射，而更红的光线更不容易散射，这意味着它需要更直接的路径到达您的眼睛。如果你在日落之后或日出之前曾经坐过飞机，你可以看到这种效果的壮观景象。

从日出前或日落后天空的高海拔地区，可以看到一系列的颜色，这些颜色是由大气层多次阳光散射造成的。从地平线附近的直射光变得极大，在远离太阳的情况下，间接光仅呈蓝色。这可以解释为什么日落，日出和月食是红色的，但可能会让你想知道为什么天空呈现蓝色而不是紫色。事实上，实际上来自大气的紫光比蓝光更多，但也有其他颜色的混合。因为你的眼睛中有三种类型的锥体（用于检测颜色），以及单色棒，所以在分配颜色时，需要由大脑解释所有四种信号。

每种类型的锥体加上杆都对不同波长的光敏感，但所有这些锥体都受到天空的某种程度的刺激。我们的眼睛对蓝色，青色和绿色波长的光的反应比对紫罗兰的反应更强烈。即使有更多的紫光，但它还不足以克服我们大脑提供的强烈蓝色信号，这就是为什么天空在我们眼中呈蓝色。

人类的眼睛在月球的四肢上升的第一个视图。用人眼从空间发现地球，仍然是我们物种历史上最具代表性的成就之一。阿波罗8号发生在1968年12月，是成功登月的重要前体任务之一，将于今年七月庆祝成立50周年。请注意，地球的蓝色是由于海洋而不是大气。另一方面，海洋是一个完全不同的故事。如果你看一下整个星球，看看你从太空中得到的星球，你会注意到我们所拥有的水体不是均匀的蓝色，而是基于它们的阴影变化。水的深度。深水是深蓝色; 浅水是浅蓝色。

你会注意到，如果你仔细观察下面的照片，那么与大陆接壤的水域（沿着大陆架）是比深海黑暗的深海更浅，更青翠的蓝色。

地球的海洋可能呈现蓝色，但沿着大陆架，它们看起来比海洋最深处的蓝色更浅。这不是图像构建方式的伪影，而是一种真实的现象，它详细描述了不同深度的海洋本身吸收和反射的差异。如果你想要一个更直接的证据表明海洋本身看起来是蓝色的，你可以尝试在水面下潜水并记录你所看到的东西。当我们这样做时，在自然光线下拍摄水下照片 - 即没有任何人造光源 - 我们可以立即看到一切都呈现出蓝色的色调。

我们越走越远，当我们达到30米，100米，200米等深度时，一切都会出现蓝色。当你记得水就像大气一样，也是由有限大小的分子制成的：比我们能看到的任何光的波长都要小，这很有意义。但是在这里，在海洋的深处，散射的物理学有点不同。

如果你下降到一个水体中，只允许周围的自然阳光照射你周围的环境，你会发现一切都呈现蓝色，因为红光是第一个完全吸收其波长的红光。当光线通过时，大气的主要作用是散射，而不是散射，像水这样的液体主要吸收（或不吸收）光。像所有分子一样，水优先于它可以吸收的波长。水不仅具有直接的波长依赖性，而且最容易吸收红外光，紫外光和红色可见光。

这意味着如果你低头到达一个适度的深度，你将不会受到太阳升温，你将受到保护免受紫外线辐射，随着红光被带走，事物将开始变成蓝色。向下走一点，橘子也会消失。

在更深的深处，当海水被来自上方的自然阳光照射时，不仅红色，而且橙色和黄色开始消失。即使是更低的绿色也会被吸收，只留下微弱的蓝光。

过去，黄色，绿色和紫罗兰开始被带走。当我们前往多公里的深度时，最后蓝光也会消失，尽管这是最后一次。

这就是为什么最深的海洋深度呈现深蓝色：因为所有其他波长都被吸收了。最深的蓝色，在水中所有波长的光中都是独一无二的，具有被反射和重新发射回来的最高概率。目前，我们这个星球的全球平均反照率（反射率的技术术语）是0.30，这意味着30％的入射光被反射回太空。但如果地球完全是深水海洋，我们的反照率将只有0.11。海洋实际上非常适合吸收阳光！

2001年和2002年拍摄的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）数据的双半球全球复合材料。请注意，它是我们的海洋，仅我们的海洋，使我们的星球在空间中呈现蓝色外观。天空和海洋并不因为反射而变蓝;它们都是蓝色的，但都有各自的意志。如果你把我们的海洋完全拿走，地球表面的人类仍然会看到蓝色的天空，如果你设法把我们的天空拿走(但仍然在表面上给我们液态水)，我们的星球仍然会呈现蓝色。

对于天空来说，蓝色的阳光更容易散射，因此间接地从阳光照射到大气的地方照射到我们身上。对于海洋来说，波长较长的可见光更容易被吸收，所以它们走得越深，剩下的光就显得越暗越蓝。蓝色的大气层对于行星来说可能是很常见的，因为天王星和海王星都拥有蓝色的大气层，但是我们是我们所知道的唯一拥有蓝色表面的行星。也许当我们发现另一个星球表面有液态水的时候，我们就不会在很多方面如此孤单了!