天空的太阳究竟是什么颜色?

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  太阳的颜色是白色的,它或多或少均匀地发射出彩虹的所有颜色的光,在物理学中,我们称这种组合光的色彩为“白色”。这就是为什么在阳光的照射下,我们能在自然界中看到那么多不同的颜色。如果阳光是纯绿色的,那么外面的一切看起来都是绿色或黑色的。

  

  图解 : 太阳上出现的C-3级耀斑(在左上角的白色区域),一个太阳海啸(右上,波状的结构)和多个丝状的磁力线从恒星表面离开。

  而在实际的阳光下,我们可以看到玫瑰的红色和蝴蝶翅膀的蓝色,这是因为阳光中含有红色和蓝色的光。其他颜色也一样,当一个灯泡工程师设计出一种模拟太阳的灯泡,并以此来提供自然照明时,他设计的是白色的而不是黄色的灯泡。事实上,你看到彩虹中所有的基本颜色(被薄雾分散的阳光)中没有缺失颜色,这直接证明了阳光是白色的。

  

  图解:水星凌日的照片,让我们能清楚看到太阳和水星的情况。图源:universetoday

  太阳发出各种颜色的可见光,而事实上,除了伽马射线它还发出各种频率的电磁波。这包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线和x射线。太阳发出所有的颜色都是因为它是一个热体,通过热辐射过程发出光。就像一块烧热的煤或一根电炉丝会发光一样,太阳也会因为它自身的温度而发出各种颜色的光。白炽灯发出的光能很好地模拟太阳光的原因也在于此:白炽灯泡中包含的金属细丝被加热,直到它们像太阳一样发光。

  

  图解:电磁波和可见光波谱 图源:xianjichina

  检测太阳光的颜色含量,并将最亮的颜色(峰值频率)识别为太阳的实际颜色这件事可能很有诱惑力,但这种方法的问题是峰值频率没有具体的含义。峰值频率取决于是在频率空间还是在波长空间,如下图所示。在波长空间,太阳光在紫外线中达到峰值;在频率空间,太阳光在红外线中达到峰值。哪个是对的呢?它们都是对的。它们只是两种不同但完全有效的颜色含量的测量方法。

  

  这就说明了为什么给峰值频率赋予特殊含义是毫无价值的。此外,天文学家喜欢把太阳模拟成一个完美的黑体,但事实并非如此。根据波长空间黑体模型,太阳的峰值是绿色的!而他们所说的“太阳是绿色的”的意思是他们的不精确的模型峰值恰好在绿色的波长处。不幸的是,“太阳是绿色的!”比“太阳是白色的,如果它是一个完美的黑体,你在波长空间测量的话,它会在绿色达到峰值”是更令人兴奋的标题。虽然没有那么令人兴奋,但最终的真相是:太阳是白色的;它的光谱在波长空间的紫色区域达到峰值,在频率空间的红外区域达到峰值,若根据波长空间黑体模型估计,则在绿色区域达到峰值。

  

  图解:绿色的闪光可以在日出或日落时出现,要看到绿色的闪光,需要你面前的地平线有一个畅通无阻的视野。它们之所以发生,是因为太阳光在穿过地球大气层时,随着地球的弯曲而折射或弯曲。高频光(蓝光)比低频光弯曲得多。图源:universetoday

  请注意,下面的图表显示了太阳光进入地球大气层之前在太空中测量的情况(来自美国材料与试验学会-地面参考光谱的数据),这是太阳真正的色彩含量。而我们在地球表面感受到的阳光已被大气层过滤了,因此略有不同。相比其他颜色大气更倾向于分散蓝色和紫色。因此,地球表面的直射阳光比太空中的阳光略红。在日出和日落前后,当太阳光穿过比平时多得多的大气层时,地球表面的太阳光就会变得更红,但太阳本身是白色的。

  

  图解:太阳光谱在空间中作为波长的函数-太阳光在空间中的光谱是波长的函数。公共域图像,图像来源:克里斯托弗·S·贝尔德,数据来源:美国材料与试验学会地面参考。

  

  图解:太阳光谱在空间中作为频率的函数-太阳光在空间中的光谱是频率的函数。公共域图像,图像来源:克里斯托弗·S·贝尔德,数据来源:美国材料与试验学会地面参考。

  参考资料

  1.Wikipedia百科全书

  2.天文学名词

  3. 秦正冰- wtamu

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