天空为什么是蓝色原理（为什么天空是蓝色的？为什么天空有那么多颜色？）
谁造就了璀璨天空？
今年以“鲜艳的天空”颜色命名——为什么天空除了蓝色外还有那么多色彩
天空的颜色
根据油漆制造商多乐士的说法，2022年天空颜色的关键词将是——“鲜艳”。
这种柔和的蓝色我们已经很熟悉了。无论仰望天空的时间和地点，这样天空的颜色都让我们习以为常。
然而，假如你从地平线渐渐抬头，视线扩展到整个天空，在不同的天气，从黎明到午夜，抬头仰望，去观察穹顶之上的颜色，你会发现，天空并非只有一种颜色，而是五彩缤纷的，绚烂无比。近百年来，物理学家们一直在努力探寻为什么天空会呈现出如此多彩的颜色，从丰富多彩的蓝到璀璨的红，还有五光十色的绿。当我们仰头注视这片明亮的天空，沉浸在苍穹之下，我们发现了什么？
多乐士颜色鲜艳的天空与接近地平线的湛蓝的天空相比，几乎没有任何水蒸气(左图)，而乌云密布的天空表明水蒸气含量更高(右图)。
图片来源：Daniel Brown,Author provided
这是因为，太阳光是一种由不同波长的电磁波组成的混合色光，而波长的不同恰恰表现在颜色的差异上。一般来说，较短的波看起来偏向于蓝色，稍长的波则看起来是黄色的，更长的波则显示出红色的样子。
当不同的色光一起出现时，便显现出白色光，太阳辐射的混合色光正是如此，但是这些光在到达我们的眼睛之前必须穿过大气层，而大气层中含有许多微粒，它们的直径比太阳光线的波长要小得多。于是当光线照射到这些微粒时，大气中的微粒便会将光线散射到各个不同的方向。这种现象称为瑞利散射。
在这个过程中，波长较短的蓝色光更容易被散射，于是大多我们看到的天空都是蓝色的。与此同时，太阳看起来更偏向黄色，因为它发出的光中许多蓝色光都通过散射削弱了。
在约克郡雕塑公园，通过James Turrell的鹿棚景观装置可以直接看到天空。
(图片来源:Daniel Brown)
白日的天空
白天的天空也并不是到处都是同样的蓝色。你在接近地平线的地方更有可能发现多乐士显然的天空颜色，那里的蓝色更明显或更浅。
这是米氏散射的造成的影响，米氏散射与瑞利散射过程相似，但是相比之下，更多由较大的颗粒(如水蒸气或小水滴中的细微污染颗粒)引起。这些类型的粒子能作用于白光中的红光、黄光和蓝光，并同等程度地去除这些成分，而且这种作用并不会改变穿过大气层或散射回观察者的光的颜色。米氏散射导致了天空变得更白。
这是因为，在地平线上，光线必须穿过更多的地球大气层才能到达观察者眼中，自然也要透过更多微粒，于是靠近地平线的天空看起来更偏向于白色。各色的蓝总被我们视为天空的天然代表色。而天空的颜色越白，也就代表它含有的其它微粒更多。
18世纪的瑞士地质学家和高山探险家贺拉斯·德·索绪尔发明了一种测量天空中悬浮粒子数量的工具Bénédict，也成为蓝度仪，是一个具有53种不同颜色的色轮，供观察者与天空进行比较，从而更好的判断当前天空的颜色。
一个现代版的蓝度计
（图片来源：Daniel Brown）
黄昏时分的臭氧蓝
如果你在黄昏时观察天空，漫天的红映入眼帘，尤其靠近日落方向的天空，总是弥漫着热烈的红. 这是由于太阳光在傍晚时穿过的大气层厚度相比于中午要厚许多，所以当它到达地球前会经历更多的瑞利散射，也就会失去更多蓝色光。当然如果大气高层出现其它气溶胶——比如火山爆发产生的灰烬，此时天空呈现的色彩将更加广阔和多彩。
而太阳落山后，天空将再次呈现出强烈的蓝色。但此时就不能完全用瑞利散射或米氏散射来解释了。这种颜色更多是由于臭氧(一种无色或淡蓝色气体)的存在产生的，臭氧不会散射光，而会吸收和分解光。
而臭氧对天空颜色的影响也只有在太阳光线需要穿过更多的大气层才能到达地球时才会被注意到(比如当它从地平线以外的地方穿过时)。它强烈地吸收天空中的红橙光，使我们在黄昏的天空中看到的少量光变成蓝色。
红色和蓝绿色的夜晚
夜里，如果你去一个没有光污染的地方仰望星空，你会看到天空弥漫着橙色的辉光，是的，尽管没有阳光，夜里的天也完全是黑的。相反，大气层中仿佛散发着某种微弱的光，我们称之为空气辉光。这种光是由海拔60到190英里(100到300公里)的氧、氮等元素结合成分子而产生的。
这样的光一直都在，但是由于太过微弱，在天空中有阳光时很难被看到，但是一旦太阳落去，黑色的天空中就会显现出一些暗淡的红色或蓝绿色，你可以用比眼睛更灵敏的摄像机捕捉到它们，而由于在低亮度下，我们的眼睛识别颜色的视觉将弱化，因此凭借肉眼或许只能看到灰黑色。
不同颜色的天空向我们展示了光与大气相互作用的方式。通过这门科学，我们还学会了通过分析太阳系外行星(系外行星)发出的光来识别和探索系外行星天空中的生命迹象的方法。2001年，我们在天马座的一颗系外行星HD 209458 b(有时也被称为奥西里斯)探测到了大气层的痕迹。2019年，科学家们甚至在一颗系外行星(k2 – 18b)的大气中发现了水的痕迹，说明行星的温度可以支持我们所知的生命。
BY: Daniel Brown
FY:冰阳
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