陜西
5月7日晚上，浙江舟山天空出現(xiàn)極其罕見(jiàn)的一幕，天空呈現(xiàn)“血紅色”，不少網(wǎng)友拍到這種場(chǎng)景，發(fā)布到社交媒體上，引起了不小的轟動(dòng)。
關(guān)于天空為什么會(huì)變紅，物理學(xué)的解釋十分權(quán)威。網(wǎng)上很多蹭流量的說(shuō)這是地震的前兆，這完全是營(yíng)銷(xiāo)號(hào)的把戲。
作為科普博主，這篇文章將從量子力學(xué)的微觀角度，徹底幫助你理解，為什么天空會(huì)變紅。
首先給出一個(gè)顛覆大眾的認(rèn)知，這個(gè)宇宙本來(lái)就沒(méi)有顏色，顏色只是生物體的大腦對(duì)電磁波的抽象認(rèn)知。天空之所以是藍(lán)色的，也只是在人類(lèi)的眼中是藍(lán)色的，而在某些動(dòng)物眼中可能就是紫色的。
電磁波在宇宙中極其普遍，任何溫度在絕對(duì)零度之上的物體都會(huì)輻射出電磁波。而宇宙中沒(méi)有任何物體能達(dá)到絕對(duì)零度，所以說(shuō)宇宙中所有的物質(zhì)都會(huì)發(fā)出電磁波。
最常見(jiàn)的電磁波來(lái)自核外電子能級(jí)躍遷釋放出的能量。
我們知道，物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，原子又由原子核和核外電子構(gòu)成。
核外電子繞原子核運(yùn)動(dòng)并不是類(lèi)似行星繞恒星那種圓周運(yùn)動(dòng)，而是一種以能量分級(jí)的軌道形式。
電子在原子核外會(huì)處于不同的能級(jí)狀態(tài)，只要電子的能級(jí)軌道發(fā)生改變，就會(huì)躍遷到其他軌道上，同時(shí)會(huì)伴隨著能量釋放和吸收，而這些能量就是以電磁波的形式表現(xiàn)出來(lái)。
電磁波具有波長(zhǎng)和頻率兩個(gè)特征
電磁波的波長(zhǎng)大小就是兩個(gè)波峰之間的距離。
在宇宙中，電磁波的波長(zhǎng)短到幾納米，長(zhǎng)到幾公里。所以電磁波的波長(zhǎng)大小就有無(wú)數(shù)個(gè)數(shù)值。
但是人類(lèi)的眼睛十分挑剔，大概只能識(shí)別出波長(zhǎng)到380nm到750nm波長(zhǎng)的電磁波，處于這一波長(zhǎng)段的電磁波就是可見(jiàn)光。
而人類(lèi)的眼睛十分神奇，波長(zhǎng)不同的電磁波在眼睛中就會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。
比如400nm長(zhǎng)的電磁波在人的眼睛中就是紫色的視覺(jué)效果，700nm的波長(zhǎng)就是紅色的視覺(jué)效果。處于這兩種波段之間的顏色就是紅橙黃綠藍(lán)靛紫。
所以世界本來(lái)就沒(méi)有顏色，顏色只是生命體的眼睛對(duì)電磁波波長(zhǎng)的一種抽象認(rèn)知。
我們先解釋為什么天空呈藍(lán)色，就會(huì)明白天空偶爾變成紅色也是正常的現(xiàn)象。
太陽(yáng)會(huì)持續(xù)發(fā)出各個(gè)波長(zhǎng)段的電磁波，這里面就包括可見(jiàn)光波長(zhǎng)段的電磁波。
當(dāng)這些電磁波抵達(dá)地球時(shí)，會(huì)首先和大氣層中的空氣分子發(fā)生作用。
空氣分子的主要成分是氮?dú)夂脱鯕狻５獨(dú)夂脱鯕夥肿油鈬加泻送怆娮印?/p>
不同的分子，核外的電子能級(jí)軌道包含的能量不同。只有能量剛好約等于電子能級(jí)軌道差的倍數(shù)時(shí)，這些電子才會(huì)吸收電磁波，而電子吸收電磁波后，又會(huì)從不同方向釋放相同能量和波長(zhǎng)的電磁波，這就是電磁波的散射。
反之電子則不會(huì)吸收這些電磁波，也叫電磁波的穿透。
而空氣分子中的氮?dú)夂脱鯕獾暮送怆娮拥哪芗?jí)只會(huì)吸收400nm到500nm波長(zhǎng)段的電磁波。
巧好，這一波段的電磁波正是紫光和藍(lán)光。空氣分子吸收藍(lán)光和紫光后會(huì)從不同的方向又釋放400nm～500nm的電磁波。
也就是說(shuō)，藍(lán)光和紫光被空氣分子散射到整個(gè)天空中，導(dǎo)致人的眼睛看到的天空是藍(lán)色和紫光。而其他顏色的電磁波不會(huì)被空氣分子吸收，它們就會(huì)穿過(guò)大氣層，抵達(dá)地面或者飛出地球。
為什么天空只是藍(lán)色，而不是紫色的？
這完全在于人類(lèi)的眼睛對(duì)藍(lán)光的接受度十分強(qiáng)，對(duì)紫光的敏感度比較差。所以眼睛會(huì)更青睞在大腦中呈現(xiàn)出藍(lán)色，而忽略紫色。
如果是其他動(dòng)物，它們的眼睛或許對(duì)紫光更敏感，對(duì)藍(lán)色不感興趣。那么它們眼中的天空就是紫色的，這就是瑞利散射。
浙江舟山天空呈現(xiàn)血紅色的根本原因可以在火星大氣成分中找到答案。
火星的大氣層和地球完全不同，火星大氣主要是二氧化碳，所以火星大氣分子的核外電子能級(jí)軌道躍遷對(duì)電磁波的能量吸收就和地球大氣完全不同。
火星大氣主要吸收600nm的電磁波，這就是紅光。吸收紅光的大氣分子又會(huì)四處散射紅光，導(dǎo)致火星天空呈現(xiàn)紅色。
事實(shí)上，對(duì)紅色散射最強(qiáng)的元素是碳
科學(xué)推測(cè)，舟山天空中呈現(xiàn)血紅色意味著在舟山局部空氣分子中的碳含量急劇上升。
可能的原因就是煙霧，煙霧顆粒的大小一般在1000nm左右，其中包含中大量的碳元素。
在地球上，除了空氣分子會(huì)吸收電磁波，空氣中的微粒，水分子，和其他成分也會(huì)吸收電磁波。只是這些物質(zhì)對(duì)電磁波的吸收和散射的規(guī)模遠(yuǎn)比不上空氣分子。所以天空的顏色還是由空氣分子的散射主導(dǎo)的。
空氣分子中一旦出現(xiàn)某種元素對(duì)電磁波的吸收超過(guò)氮?dú)夂脱鯕，那么天空的顏色就由這種元素主導(dǎo)。
所以大膽推測(cè)，舟山天空的血紅色極有可能是由于碳含量的增加導(dǎo)致的。
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