1．藍天並不藍
“藍藍的天空白雲飄，白雲下麵馬兒跑”，相信大家對這種美麗的景色都有所感受。那麼天空為什麼是藍色的?對於這種奇妙的物理現象，並不是所有人都能說出原因。事實上，藍天並不藍，隻是是天空中的大氣分子、水滴、其他微粒和陽光共同作用的結果。
藍天
首先簡單了解一些空氣和太陽光的知識。藍天，其實是地球的大氣層，廣義也指太空可被觀測到的天體表麵部分。大氣層是包圍著地球的空氣，根據空氣密度的不同分為5層，總共有2000-3000公裏厚。但絕大部分空氣都集中在從地麵到15公裏高以下的地方，越往高處空氣越稀薄。大氣層有多厚，藍天就應該有多高。空氣是在地球外麵包裹著的一層“防彈衣”，保護著地球上生物不受紫外線的照射。而空氣是由很多的微粒組成。其中99％是氮氣和氧氣，還有如二氧化碳等氣體、小水滴和粉塵等漂浮微粒。空氣的成分不是固定不變的，主要是隨著環境、天氣和其他的因素而變化。
天空為什麼是藍色的？除非有外界幹擾，光都是以直線傳播的。當光在空氣中傳播時，不可避免要遇到空氣中的氣體分子和其他微粒。這些微粒對光有吸收、反射和散射等物理作用。太陽光線射人大氣層後，懸浮在大氣中的微小粒子對太陽光散射作用，導致介質的不均勻性，使得光偏離原來傳播方向而向側方散射開來的現象，稱為介質對光的散射。而組成太陽光的紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種光中，紅光波長最長，紫光波長最短。波長比較長的紅光透射性最大，相當於“大波浪”，大部分能夠直接透過大氣中的微粒射向地麵。而波長較短的藍、靛、紫等色光，相當於“小波浪”，很容易被大氣中的微粒散射。以入射的太陽光中的藍光和紅光為例，當光穿過大氣層時，被空氣微粒散射的藍光約比紅光多5.5倍。因此晴天天空是蔚藍的。在7種不同的光中，紅光波長最長(頻率最低)，紫光波長最短(頻率最高)。我們肉眼所看到的是它們的混合結果。我們所看到的藍天是因為空氣分子和其他微粒對入射的太陽光進行選擇性散射的結果。在我們的肉眼裏，晴朗的天空是蔚藍色的，其實這並不是因為大氣本身是藍色的，也不是大氣中含有藍色的物質。
可見光譜
正確解釋天空為什麼是藍色始於1859年。科學家泰多爾首先發現藍光要比紅光散射強得多，這就是“泰多爾效應”。幾年之後，科學家瑞利發現散射強度與波長的4次方成反比。後來，更多科學家稱這種現象為“瑞利散射”。
如果說短波長的光散射得更強，你一定會問為什麼天空不是紫色的。其中一個原因就是在太陽光透過大氣層時，空氣分子對紫色光的吸收比較強，所以我們所觀測到的太陽光中的紫色光較少，但並不是絕對沒有，如在雨後彩虹中我們很容易觀察到紫色的光。還有一個原因和我們的眼睛本身有關。在我們的眼睛中，有3種類型的接收器，分別稱之為紅、綠和藍錐體，它們隻對相應的顏色敏感。當它們受到外界的光刺激時，視覺係統會根據不同接受器受到刺激的強弱重建這些光的顏色，也就是我們所看到物體的顏色。事實上，紅色錐體和綠色錐體對藍色和紫色的刺激也有反映，紅錐體和綠錐體同時接受到陽光的刺激，此時藍錐體接收到藍光的刺激較強，最後它們聯合的結果是藍色的，而不是紫色的。
知識卡片：
可見光波長（4*10-7m----7*10-7m）
光色
波長λ（nm)
代表波長
紅（Red）
780～630
700
橙（Orange）
630～600
620
黃（Yellow）
600～570
580
綠（Green）
570～500
550
青（Cyan）
500～470
500
藍（Blue）
470～420
470
紫（Violet）
420～380
420
2．雨後的彩虹
彩虹，簡稱虹，是氣象中的一種光學現象。當太陽光照射到空氣中接近圓形的水滴，光線造成光的色散及反射，由於陽光射入水滴時是同時以不同角度入射，在水滴內也是以不同的角度反射，當中以40-42度的反射最為強烈，在天空上形成拱形的七彩光譜環，從外至內分別為：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，即我們所見到的彩虹。
彩虹七色
彩虹為何是七色的？因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，由於光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。光穿越水滴時彎曲的程度，視光的波長（即顏色）而定——紅色光的彎曲度最大，橙色光與黃色光次之，依此類推，彎曲最少的是紫色光，所以每種顏色在天空中出現的位置都不同，呈現出來的是七色光的排列。