天空為甚麼是藍色的?

2007年1月5日:晴天空為甚麼是藍色的?日出日落時,天空又為甚麼變成紅色?我們肉眼可見的太陽光,其實由不同顏色的光組成。 光是電磁波的一種,電磁波有波長,不同顏色的光有不同波長。其中紅光的波長最長,紫光的波長最短。光以直線前進,但當遇到大氣中的塵粒、水滴或氣體時便會出現變化。其中塵粒、水滴會把光反射,以另一方向前進。當光遇到氣體時,會被氣體吸收,不同波長的光被吸收的程度不同。長波長的光(例如紅光和橙光)被吸收的程度較低,短波長的光(例如藍光和綠光)被吸收的程度較高。氣體吸收光後會以輻射的形式把光向不同方向射出,稱為散射(scattering)。太陽光射進地球大氣時,藍光被吸收及散射,我們抬頭看天空便見到藍色。接近地面的天空藍色較淺,因為被散射的藍光要經過較長距離才到達眼睛,途中被進一步吸收及散射。 (來源:http://www.sciencemadesimple.com/)太空由於沒有大氣,光沒有被吸收和散射,所以天空是黑色的。日出日落時,太陽光經過較長距離才到達眼睛。波長較短的藍光和綠光被吸收及散射,只剩下紅光和橙光,因此太陽變成紅色。 假如當時大氣有大量塵粒或水滴,把紅光和橙光反射,天空亦會變成紅色。(來源:http://www.sciencemadesimple.com/)這解釋為甚麼日出日落時,如果天空變成紅色,天氣可能轉壞。

為甚麼會下雨?

這個看似簡單的問題,其實背後有很多理論。下雨的第一個條件是要有水。空氣中的水汽(water vapour)冷卻凝結就會變成水。從雪櫃取出汽水並放置在室溫下,幾分鐘後汽水表面便出現水點,這就是水汽冷卻凝結的結果。那麼大自然如何提供冷卻的條件?答案是空氣上升。空氣在地面的密度最高,氣壓最大。高度增加時,空氣的密度減小,氣壓降低。假設一團空氣(或稱氣塊 air parcel)上升,由於周圍的氣壓降低,氣塊的體積增大,溫度因此下降。這個原理就像把氣球放氣,吹出來的空氣是涼的。由於這個現象並不涉及熱量交換,稱為絕熱冷卻(adiabatic cooling)。空氣上升提供冷卻的條件,那麼空氣如何才能上升?有幾個情況:1. 空氣受熱膨脹,密度減小上升2. 空氣流過山的迎風坡,受地形影響上升3. 空氣從四周流向中心,空氣在中心上升4. 高空空氣流走,地面空氣上升補充5. 不同性質的空氣(或氣團 air mass)相遇,較暖的空氣上升有了水汽,有了上升的條件,水汽上升時便凝結成不同的雲,但不是所有雲都會下雨。甚麼雲下甚麼雨,下次再談。