大氣現象大哉問！

大氣現象大哉問！(Questions about the atmosphere)
國立臺灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

偶爾仰望天空，看得見天空之美，但心中不免浮起一些疑問，例如天為何藍？又雲為何白呢？這些有趣的問題，就讓我們今天一一來說個分明吧！

1.為什麼白天時天空是藍色的，黃昏時偏橘紅色呢？

在晴朗無雲的時候望向天空，映入眼簾盡是一望無際的蔚藍。然而我們心中不免有些疑問，為什麼天空是藍色的呢？但又不是整天都是藍色的，接近傍晚日落時天空卻呈現橘紅色，這是為什麼呢？在此我們就來解答吧！

作者 Hsiung/d6478coke @ flickr

太陽光雖然是白光，但其實是由不同顏色的光所組成的。而當光線照射到空氣分子的時候，會造成光行進的方向有所改變，而形成散射的情形，並且光線散射的程度會與光的波長的四次方成反比。光線的組成中，偏向紅光波長越長，偏向紫光波長越短，所以產生散射的程度紫光會比紅光來的容易，於是當我們望向天空的時候應當是最容易看到偏紫色的光。但是又為什麼我們看到的天空不會因此而是紫色的呢？那是因為人眼對於紫光的光感較差，所以與藍光相較之下我們會較易感受到藍光，所以看到的天空就是藍色的了。

而在接近傍晚日落時，看見天空與雲都變成了偏橘紅色，這又是為什麼呢？那是因為當太陽西沉時，陽光必須穿過較厚的大氣層，這時候偏色藍的光多早已散射，所以到達我們眼睛時，剩下較多的就會是偏紅色的光線，所以傍晚落日時分，天空才會看起來偏橘紅色。而雲又為何也會成相同的顏色呢？那是因為雲的顏色取決於照射在雲上面的光的顏色，所以當日落時光線偏橘紅色，雲會反射這些顏色的光並呈現這些顏色，所以才會連雲都看起來變了顏色，呈現橘紅色了！

2.為何雲多是白色的呢？厚的雲為何會偏灰黑色呢？

當陽光照射進雲朵中的水滴或冰晶時，這些水滴或冰晶的大小（大約或大於10µm）遠大於可見光光波的波長，所以足以讓不同顏色的可見光強烈地散射。而當光線在這些水滴或冰晶之間往各方向做多重散射時，只有微小的部分會被吸收，大多則都會散射，而最後散射出來的光線包含各種可見光波長，所以綜合起來就組成了白色，所以我們看到的雲朵才通常都是白色的。

然而，若是雲多發展得較厚，所含的水滴就越多，這時候雲頂上的陽光照射下來，大多會被反射，而不易穿透過發展得很厚的雲朵，也就使得較少的陽光能夠穿過雲曾到達雲底，也使得在雲底的散射就會不明顯，所以我們看到的雲就比較不明亮而顯得暗沉偏灰黑色了。而且若是雲朵中的水滴十分大的時候（例如欲降雨前的水滴），這些水滴反而就變成較不易散射，反而較易吸收光線，所以這時候若陽光照射到大水滴時，多半的光線會被吸收，所以能穿過雲層到達觀察者眼中的光線就更少了，所以雲層看起來就更灰暗了（圖1）。簡而言之，當陽光照射到雲裡是較細小的雲滴或雨滴，多會散射或反射陽光，使得能穿透雲層的陽光減少，雲看起來會略帶灰色；而當雲層發展得較旺盛較厚的時候，雲層裡的水滴較大，這時則多會反射及吸收陽光，所以能穿過雲層的光線就更少，看起來就成了烏雲囉！

圖1 光被不同厚度的雲反射(藍色線)、透射(紅色線)和吸收(綠色線)的百分比圖 資料來源:郝孟騫(2011)。雲的色彩。2011年6月29日，取自http://www.hko.gov.hk/education/ … _cloudcolours_c.htm

3.為何有時會看得見太陽由雲中照射出來的光線呢？

理論上，我們應該是看不見光的線條，然而有時候卻會在早晨或傍晚時分，看見陽光從雲朵間照射出來，一條條光線卻如此分明，若是在日落西沉時更可以看見金黃 色的光線從自雲間撒落十分壯觀(圖2)。這種光芒稱為曙暮光（crepuscular ray），這種現象的產生主要是因為太陽光被懸浮在空氣中的粒子散射所致，且通常在清晨和黃昏時較容易看到。

圖2 從雲細縫間撒落的陽光 資料來源：洪秀雄(2010)。為什麼會有雲隙的萬箭光芒。2011年6月29日，取自http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/crepus0.htm

參考文獻
1. 洪秀雄(2010)。天色。http://www.lib.ncu.edu.tw/~hong/atmhmpg/optics/skycolor.htm
2. 郝孟騫(2011)。雲的色彩。http://www.hko.gov.hk/education/ … _cloudcolours_c.htm