世界不思議

光的衰減這麼厲害,真的是從太陽遠道而來的嗎?

毫無疑問白天的陽光從距離地球1.5億千米的太陽遠道而來。

一、光在大氣介質中的衰減我們看到光在空氣中的路徑,其實主要是來自空氣中各種顆粒物質的散射。可見光的波長在380~780納米之間,而空氣中主要成分:氧分子直徑接近0.296納米、氮分子0.304納米,它們的尺寸都是遠遠小於可見光的波長的。對於可見光來說,可以輕鬆繞射。但是塵埃不同,空氣中有大量的塵埃,我們就拿國家標準來說吧。PM10,就是直徑大約10微米的顆粒物;PM2.5,就是直徑小於2.5微米的顆粒物。1~2微米大小的顆粒物,尤其是小於1微米的粒子,與可見光波長相近,對陽光產生比較強的散射作用,致使光線穿透力減弱,天空灰濛蒙一片,大氣能見度降低。

二、太陽的功率真的很強大太陽總輻射功率為3.86×10^23W,我們地球跟太陽之間的距離為1.5×10^11m。地球到太陽的距離處,這個球面的面積為4×π×(r^2),每單位面積的功率就是總功率除以地球所在球面的面積:(3.86×10^23)/(4 π* (1.5×10^11)^2) = 1.3652 (W)然而這麼大的功率並不能直徑到達地面,因為地球還有大氣。如果我們的大氣中顆粒物很少,我們剛才分析了大氣分子的直徑都是遠小於可見光的直徑的,所以大部分可見光最後都能到達地面。但是一些波長比較短的可見光,篇藍色的,會與空氣分子發生碰撞被散射,所以我們看到的天空才會出現蔚藍色。

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三、從太陽到地球光線一路暢通無阻在光線從太陽發出一直到到達地球的過程中,跨越了1.5億千米的太空。在這個路程上,物質密度極低,如果跟我們地球表面的大氣相比,把它們看作是真空也沒有什麼不可以的。太陽光線在到達地球之前功率的衰減主要是符合平方反比定律。我想這個大家能理解吧。是空間使得光線耗散了。相比空間對光線的耗散,太空中的物質對光線的散射、吸收等等作用可以忽略不計。也正是因為如此,我們才能在夜晚看到幾十、上百光年,甚至是更遙遠的星光。

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四、月球的反射率和反照率月球的平均反射率=月球反射出來的光強÷入射的太陽光的光強=7%,月球的反照率=月球照到地球的光強÷月球的反射光強=12%。我們從這兩個數字可以看出,月球表面的物質,對陽光的反射率是很低的,大部​​分光線的能量可以被月球表面的物質所吸收。所以當陽光直射月面的時候,那裡的溫度可以高達120攝氏度以上。那麼為什麼月球的反照率那麼低呢?這是因為,月球它是個球啊,而且上面還不是光滑的球面,有很多的撞擊坑,它的反射比較接近球面反射,不是跟平面鏡一樣,平行光入射,再把光平行反射。月球的反射光會以球面散開,同時也符合平方反比定律。所以到達我們地球上的反射光就要比月球反射的總光量少很多了。

五、為什麼月光和陽光在空氣中衰減差不多其實月光的光譜跟陽光有很大的不同,太陽光是連續光譜,而月光是分立的光譜。但是我們人的肉眼識別能力很差,看不出什麼分別。由於我們在地面,能觀察到的光在大氣中的衰減主要是顆粒物的散射造成的。這個時候,跟大氣的成分關係不大。所以給我們的感覺就是,陽光和月光在大氣中的衰減都差不多。

最後總結我們從前面的分析可以看到,其實這是一個涉及到光的傳輸的話題。很多時候我們是無法想像宇宙空間的廣大和空袤,無法理解陽光在傳輸過程中的變化。進入到大氣中的陽光,其實又涉及到了大氣的折射、吸收、散射,以及空氣中的細小塵埃對光的影響。希望我前面的回答,能夠幫助題主高清真相。如果還有疑問,歡迎在下面的評論區留言,有問必復。歡迎喜歡科學話題的小夥伴,關注老郭,寫寫您的支持。

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