大气·尘埃·光

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大气·尘埃·光

公主 冷月无声

发布日期:2011-01-20 15:42:05

大气·尘埃·光






公主 冷月无声

发布日期:2011-01-20 15:42:05


地球周围的大气层中,除了主要成分氮气和氧气外,还包含有许多含量相对不大,但作用不容忽略的成分;由烟雾粉尘(固体颗粒组成)和雾(悬浮的微小水滴)组成的尘埃就是其中最具代表的一种,它的大小线径的变化和相对含量的变化,对到达地球上的太阳光有着极大的影响。  

通常情况下,我们讲到的光的直线传播,是光通过光学性质均匀的介质的情况;同样,光的反射和光的折射,是指光在两种折射率不同的均匀介质的界面发生的情况;它们都是仅限于在给定的方向上传播,而在其余的方向光的强度则等于零,这时,我们沿着光束的侧向进行观察,就看不到它的存在;比如,在干净的空气中,需要借助光屏接受,才能感知它的存在。但当光通过光学性质不均匀的物质时,如空气中有大量的灰尘或者烟雾,我们从侧向却可以看见光,这就是光的散射;散射会使光在原来传播方向的光的强度减弱,从而照亮传播方向的侧向。  

一般的情况下,大气中的大部分尘埃颗粒的线径和可见光的波长差不多,而尘埃之间的距离比光波的波长大得多,它使照向地球的太阳光发生散射,使太阳光不能够直接到达的地方得到光的照射。可以设想,如果地球周围没有了大气和尘埃的存在,那么我们居住的房子在太阳光不能直接照射到屋中时,即算是室外烈日炎炎,室内却是一团漆黑(忽略地面和墙壁的漫反射)。在月球上看太阳和天空,由于缺乏空气和尘埃对太阳光的散射,光亮刺眼太阳周围却是一片漆黑。  

地球上,由于自然因素和人为因素的影响,地球周围的大气中所含有尘埃的含量与线径都会发生很大的变化,它使我们看到太阳下的天空的景象也会发生许多变化;有时候碧空如洗;有时候黄沙弥漫;有时彩霞满天;有时蓝天白云,我们看到的太阳,有时红如火球,有时亮白耀眼。  

雨过天晴,大气中大多数大于0.5微米的尘埃回落到地球上,这时的大气层中尘埃的含量相对较少,颗粒线径多数和可见光的中短波的波长相接近,太阳光通过这样的大气层时,波长较短的光(浅蓝色和蓝色)比波长较长的光(黄色和红色)散射得厉害一些,这时我们通过太阳光传播方向的侧向观察到的是蓝色,而云层则是由较大较密集的小水滴或者小冰晶构成,太阳光照射其表面后发生漫反射,这就使我们看到了蓝天白云。  

早晨或者傍晚,太阳光的照射方向和地球表面几乎平行,而且太阳穿过大气层的厚度比中午直射的时候大得多,光的散射表现突出;波长较短的光(浅蓝色和蓝色)光在散射时,使沿着原来传播方向的光的强度减小很多,余下太阳光中,波长较长的光(黄光和红光)含量相对较多,呈现红黄色,这些光照射到云层上时,形成我们看到的彩霞;这时看到的太阳也是火红色,也不是那么耀眼,就是因为太阳光在传播方向的强度大幅度减小(特别是蓝色光)的缘故。而在中午,太阳光穿过大气层的厚度较小,发生散射的程度相对小,太阳在传播方向的强度减弱不多,太阳看起来就是亮白耀眼的;且我们观察的方向是迎着太阳的方向,也就看不到彩霞了。  

由于人类的活动和不合理的开发,破坏了地表的植被,土地沙漠化表现突出,旱涝不匀,干旱地面的尘土含有的水分少了,在外力的扰动下,就容易漂浮到空气中,成为尘埃;如运动的车辆,吹风,山崩海啸等,都会增加尘埃的含量;再加上工厂废气中夹带的烟尘,木柴杂草不完全燃烧放出的烟尘,都会使大气中的尘埃(特别是线径大于0.5微米的尘埃)的含量变大。太阳光通过这样的大气层,除了散射外,还会被部分遮挡,因而照到地面上的太阳光强度减小,这时我们看到的天空是灰蒙蒙的,严重时风沙弥漫,看到的太阳就是白中偏黄了(偏黄是由于波长较短的蓝色光散射多一些)。在这样的条件下,要看到蓝天白云就不可能了。  

含量合适的尘埃能够改善我们居住的地球的光照条件;但含量过多,线径过大的尘埃,对人类的生存环境危害也是极大的,且不说尘埃携带的大量细菌,病毒影响我们的身体健康;单从光学角度来说,就极大的减小来自于太阳的清洁廉价能源,改变太阳光的波长组成;试想,我们时刻面对着黄沙弥漫,灰蒙蒙的天空,会是怎样的感受。  

让我们携手努力,还一片蓝天白云吧!