王大虎

王大虎:为什么有些海域是绿色的,有些是蓝色的?

王大虎

蓝色的海水,绿色的海水,无色透明的饮用水……那么水到底是什么颜色的呢?

答案让人出乎意料:纯净的水是蓝色的。但是由于我们喝水的杯子容量有限,很难分辨X的颜色来。如果将一个像楼房那么大的杯子装满纯净水,我们就能看到它真正的颜色是蓝色。

水的颜色取决于水分子对光的反射和吸收情况。白光,比如阳光,是由七色光混合而成的,也叫光谱。在光谱中,红色到绿色波长范围的光比较易于被水分子吸收,蓝色部分的光则被反X去,所以我们就看见了蓝色。

但水的颜色并不是一成不变的。在远离海岸的海域中心位置,海水是深蓝色的,甚至有些发紫。然而在靠近陆地的海岸线一带,由远及近,海水的颜色由蓝变绿,再由绿变成黄绿。为什么会发生这样的变化呢?这与水里的浮游物质和水深有关。

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在海岸线附近,海水充满了从陆地上冲来的有机物和水生植物。其中有一些很小的绿色植物,叫做浮游植物,它们含有一种叫做叶绿素的化学物质。叶绿素能够吸收大部分的红色光和蓝色光,反射绿色光,于是我们看见的海岸边的海水就是绿颜色的了。

在宇宙空间里,海洋的颜色让我们可以分辨出地球生命的聚集区。绿色的海域好比是陆地上的热带雨林,充满了生命;而深蓝色的水域是很少有生命的地方,这里好比是大陆上无人居住的沙漠。

海水和海水里的浮游物对光的吸收方式也改变着水面下的颜色。假设你正在驾驶一辆黄色潜艇,在水面附近,你的潜艇是黄色的,但是随着潜艇慢慢潜入海底,照到潜艇上的光越来越少,当潜艇下降到水下30米的深度时,阳光中的黄色、橙色和红色的光几乎都被水分子吸收了,只有蓝色和绿色的光能到达潜艇表面,这时你的潜艇就变成了蓝绿色。如果再往下降,直到绿色光也消失了,潜艇就变成深蓝色了。

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浮游物越多,海水越混浊,对光的吸收量就越多。所以越是混浊的海水,你下降时看到周围环境变暗的速度就越快。

 

 

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为什么太阳和月亮会变颜色?

 

从天文学家拍摄的照片里我们可以发现,在宇宙中,月亮是一个被太阳照亮的灰白色的球体,它在漆黑的宇宙空间里发出光芒,而太阳则近似白色。

但当我们从地球上观察月亮时,它的颜色则取决于它的位置。比如,当它刚刚出现在地平线上时是亮橙色的,逐渐地,随着地球转动,它在天空中渐渐升起,橙色逐渐变淡,成为黄色,再变成黄白,最终,当它升到天空的正上方时,就呈现出它真实的颜色——灰白色了。

太阳也有类似的变化。正午时,太阳往往是黄白色的,但日出和日落时,它却会变红,或者橘红,或者粉红,这是怎么回事呢?

事实上,在宇宙空间中观察到的太阳和月亮的颜色并没有变来变去,大气层是挡在我们眼前的一层面纱,光在进入我们眼睛之前必须先穿过大气层,光就是在这个过程中发生了变化。

氮气、氧气和组成空气的其他气体,加上尘埃、烟雾和污染物等飘在空中的微粒,可以使进入人眼的光变红。

这是为什么呢?太阳发出的光是白光,而月亮不发光,只是反射太阳光。因为白光是由多种颜色的光(光谱)组成的。光在宇宙空间中以3×105千米/秒的速度传播,进入大气层之后,一部分光线能顺利地通过大气层而不与空气分子碰撞,这部分光线到达地面时仍能保持原有的白色。

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但是大气层是由数不清的空气分子组成的,因此光与空气分子之间的碰撞不可避免,一旦光子在传播过程中与空气分子发生了碰撞,就会产生散射。

从白光中散X去的光大部分是蓝色光,当光线到达我们的眼睛时,剩余成分大多是暖色系的光,所以我们看到的太阳要比它真实的颜色黄一些。

只有当太阳处于我们头顶正上方时,颜色才最接近它的真实颜色。此时,光线垂直于大气层,而越往高空处空气越稀薄,垂直通过的路线使光线受到的空气分子的阻拦最小,所以到达我们的眼睛的时候变化也就最小。

相比之下,当太阳在地平线附近时,颜色变化就明显得多。因为在这个角度上,光线基本上是斜贴着地面向前传播的。地面附近的空气密度大,光线在其中传播的时候会跟很多的气体分子发生碰撞,再加上近地面气体中尘埃和气体污染物含量也比较高,就会有更多的蓝色光在传播过程中被散射吸收,这样,当光线最终到达我们的眼睛时,只剩下红色和橙色的成分了。这就是日出日落时太阳呈现红色的原因。

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月亮变色也是这个原因。傍晚时分,地平线附近的月亮是浅黄色的;当夜幕降临月亮升起来之后,它的颜色一点点变淡,最后就成了白色了。现在我们知道,月亮在高处时反射来的光线里含有更多种颜色成分,这些颜色的光都进入我们的眼睛,我们才看到了白色的月亮。

空气里的污染物越多,日出日落、月出月落的景观就越壮观,这也是生活在像洛杉矶这样空气质量较差的城市里的意外收获。

 

 

镜子能让房间更亮吗?

 

一面镜子并不能产生出比已经存在于屋中的光还要多的光线。它不能凭空造出光来,必须有发光源。所以,你可以使光线四处地反射,但也只能做到这些。你不能指望对墙上踢出一只足球后,得到两只足球,并希望反弹回你那里的足球是另一个“新”足球。

通常,光到达物体表面后,会被这个表面所吸收,那就是为什么黑板那么黑的原因,因为它吸收了所有的光波因而看起来很黑——这是光的损失。那镜子对光做了什么呢?与吸收光线相反,镜子会完全地反射光线。那就是为什么看起来好像屋子里更亮了。

 

 

为什么镜子不是白色的?

 

大家都知道,白色的物体是因为反射了所有射向它表面的光而呈白色,比如白纸。镜子也可以反射所有的光,但它为什么不是白色的呢?因为白纸不像镜子那样只是反射光线。白色的物体看起来是白色的,那是因为它们吸收了所有的有色光,然后又把它们以一种单色光——白光的形式发X来,如同一个蓝色的物体会吸收所有的颜色而只发X蓝色光。而镜子没有做任何吸收,它只是简单反射回投向它的东西,因此光经受的是不吸收或者说是再发射的情况。

 

 

彩色电视机为什么会有颜色?

 

电视的影像,是经由天线传送到各个家庭的电视接收器中。传送的时候,影像会被分解成红、蓝、绿三原色的电流。它们被电视接收器中的三支电子枪接收之后,再投射在显像管上。显像管是利用磷光质发光的特性来呈现色彩的,显像管背面涂满红、蓝、绿三原色的磷光质,以三个一组发出色光,形成彩色电视上丰富的色彩。

 

 

为什么远处的青草看上去更淡一些?

 

地平面附近的事物会受空气的影响,而这些也影响到我们怎么看远处的事物。在你和目标之间,空气中的灰尘数量随着距离的增大而增加,而地面热量的上升也能改变空气的折射指数。所有这些情况会分散并污染你从目标地接收到的光线。目标体越远,这种污染就越多。

太阳光由不同颜色的光线组成。靠近你的草会反射绿色光而吸收红色和蓝色光,使你观察到草是绿色的。而远处的草也会反射相同数量的绿光,但同时空气中的灰尘也会向你反射白光(所有的有色光),这样就会冲淡你看到远处草的绿色。

这在城市中最明显。如果你在一座高楼向外看,远处的楼看上去比近处的要更暗淡一些。它们并不是真的那样,然而看上去就是更暗,因为很多光线反射向你,只不过这些反射过来的光并不都是一个特定颜色的光。

所以,如果你喜爱画画,那么在画山水时,一定要把背景画得比前景暗一些,因为这样才符合我们看到的“事实”。

 

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