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沙塵為何能把太陽“嚇”白了

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論壇元老

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發表於 2022-5-13 12:33:13 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
日出、日落時分,天空中所呈現出的「夕照紅於燒,晴空碧勝藍」的景象早已深入人心;然而,在某種特殊情況下,比如沙塵暴襲來時,人們會看到一種截然不同的夕陽景色——白色的太陽,有時候,因其周圍有藍色的光環而被稱作“藍太陽”。 這是什麼原因造成的呢?

既然沒有沙塵暴時,夕陽是紅色的,有沙塵暴時,夕陽卻變成了白色的,那麼,問題肯定出在空中飛揚的沙塵上,一定是它對太陽光動了什麼


手腳。 事實果真如此嗎?

事實確實如此。 無論我們要討論的是沙塵暴天氣帶來的「白太陽」或「藍太陽」,還是晴天時的藍天和紅色落日,都離不開光的散射這一科學原理。

接下來,讓我們來了解什麼是光的散射,以及如何利用該原理對我們所看到的天空、太陽的顏色變化做出科學說明。

首先,我們要了解什麼是光的散射。 當一束光通過質地均勻的透明介質時,比如圖(a)中的清水,我們很難從玻璃缸的側面看
到光束;但當我們向水中加入少許牛奶、豆漿等液體,將清水弄渾濁後,便可以在玻璃缸側面看到光束的傳播,如圖(b)所示。
這種定向傳播的光束在介質中傳播時,光向四面八方散開的現象便是光的散射現象。 根據光的散射現象產生機制,可以推知,介質中小顆粒的尺寸對散射的特性具有至關重要的作用。 研究人員根據這一特點,依據介質中的小顆粒物尺寸,將光的散射現象分為三類,如表格所示。
“一尺之捶,日取其半,萬世不竭。” 在我國,最早可以追溯到春秋戰國時期,古人就已經對物質的組成進行了樸素的探討。 現在,我們知道,把物質分割到化學性質不變的最小結構就是分子或原子。 這個觀點最早由阿伏伽德羅於1811年提出。 因此,我們可以說物質是由分子或原子構成的。 之後,人們又發現分子是由原子構成的,原子則是由帶正電的原子核以及周圍包裹著的電子雲構成。 由於正電荷分佈中心與負電荷分佈中心重合,且正負電量相等,因此,原子對外是電中性。

光可以被視為電磁波,因為我們可以用描述電磁波的理論來描述光。 當光注入到介質中後會引起原子或者分子的正負電中心分離,並且正負電中心將隨著光的週期性波動而受迫振動。 我們稱正負電中心分離的原子或分子為偶極子,它們發

生的受迫振動即為偶極振動。 偶極振動會產生交變的電磁場,又向四面八方均勻地發出散射光。

如果我們可以令分子的空間分佈極度不均勻,便可以讓分子間的散射光疊加不能全部為零,從而可以看到分子散射現象。 在液態物質接近超臨界態時,介質內部由於物態變化和分子熱運動等導致密度起伏大於光的波長且留存時間較長,就會產生光的散射現象,如下圖所示。 隨著溫度升高,原本透明的流體突然變得像乳液一樣渾濁,該現象被稱為「臨界乳光現象」。 值得一提的是,超臨界態在生活中並不常見,它是一種已經無法區分液態和氣態的物質存在形態。 儘管它在日常生活中不常見,卻為我們做出了很大貢獻,例如超臨界態的二氧化碳是很好的大分子溶劑,它可以用來提取植物油、動物油等,並且不會對產品造成污染。

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