美國宇航局在 2005 年拍攝的火星日落顯示了蒼白的太陽和藍色的日落天空。

在地球上，白天的天空是藍色的，黃昏時是紅色的，但在火星上似乎相反：白天是紅色的，黃昏時是藍色的。

為什麼兩顆星星的天空如此不同？

這一次，我想解釋為什麼火星上的日落是藍色的，以及地球上天空的顔色。

太陽發出的光可以根據人眼大緻分為三類。

波長太短而看不見的紫外線，波長太長而看不見的紅外線，以及存在于它們之間并且可以被人眼檢測到的可見光。

可見光的波長約為 380 至 780 納米，而人眼能看到的光的顔色

紫<靛<藍<綠<黃<橙<紅

這裡重要的是，對于小顆粒，可以避免的顆粒尺寸差異取決于波長的長度。

因此，如上圖所示，短波長的光甚至可以擊中小粒子，而長波長的光甚至可以穿過大的粒子。

地球大氣的主要成分是相當小的顆粒，由 80% 的氮分子和 20% 的氧分子組成。

因此，當太陽發出的雜光與地球大氣碰撞時，可見光中波長最短的紫羅蘭色被散射，其次是藍色波長（瑞利散射）。

但我們很少看到紫色。

這是因為紫光在大氣層的上層散射。

散落的紫光在原地向各個方向飛舞。

自然地，橫向和空間散射的光不會到達地球表面的我們的眼睛。

另一方面，藍色分散在大氣的較低層。

結果，在我們的眼睛中，藍光勝過紫光，我們将天空視為藍色。

想看紫色的天空，應該爬高山或者坐飛機。

衆所周知，從飛機或高山上看到的天空都略帶紫色，與地球表面不同。

這是因為去更高的海拔會使我們更接近發生紫光散射的地方。

這個“散射得很遠的光很難到達眼睛”的概念對于為什麼地球上的下一個日落将是紅色的也是非常重要的。

地球白天的天空之所以是藍色的，是因為藍光散布在我們的眼睛附近。

那麼為什麼地球上日落時的天空會變紅，即使我們從同一個地方看天空呢？

這裡有用的是上一頁的知識“遠距離散射的光不容易到達地球表面”。

如上圖所示，日落時，太陽的位置從上方橫向移動，光線穿過大氣層的距離增加。

同樣，首先散射紫光，然後散射藍光。

但是由于它相對于太陽的位置，藍光的散射比白天要遠得多。

因為“遠距離散射的光不容易到達我們的眼睛”，不僅紫光，藍光也無法到達我們的眼睛。

另一方面，容易穿過地球大氣分子的橙色和紅色光不會因增加穿過大氣層的距離而受到太大影響。

因此，橙色和紅色在近前占主導地位，落日的天空在我們的眼中看起來是橙色和紅色的。

換句話說，地球白天的天空是藍色的，因為藍色在我們的眼睛附近散射得最遠，而日落的天空是紅色的，因為太陽的雜光，紅色是最明顯的，可以說是因為它更容易到達。

兩者都是基于光散射的物理現象，但不同之處在于，藍天的顔色是被散射光的顔色，而落日天空的顔色是未被散射的光的顔色。

那麼為什麼火星上的天空與地球相反，白天是紅色的，黃昏時是藍色的呢？

光散射的物理現象在火星上不起作用嗎？

為什麼火星上的天空與地球的顔色相反？

第一個原因是火星和地球的大氣成分不同。

與地球相比，火星大氣中的小空氣分子數量極少，但大顆粒塵埃（紅褐色的沙粒）卻非常多。

人們認為，火星上曾經存在過許多空氣分子，但由于火星引力較弱，大部分都逃到了外太空，大氣壓力約為地球的1/135。

（注：地球大氣壓力平均為 1013 hPa，而火星大氣壓力僅為 7.5 hPa。）

但與完全沒有空氣的月球不同，風和暴風雨的發生，加上低重力，導緻大量塵埃上升到天空。

所以在火星上，與太陽光相互作用的主要不是空氣中的小分子，而是大顆粒的“塵埃”。

另一方面，光具有最容易散射到尺寸接近其自身波長的粒子的特性。

由于這一特性，到達地球的可見光首先以紫色和藍色散射，這是最接近空氣分子的尺寸。

然而，在火星大氣中，空氣分子起輔助作用，由大粒沙組成的“塵埃”起主導作用。

結果，到達火星的可見光撞擊塵埃并呈紅色散射，火星白天的天空被染成紅色（米氏散射）。

那麼為什麼火星落日的天空是藍色的呢？

這裡的基本原理是，散射的光很遠，肉眼很難看到。

在火星日落時，太陽光穿過火星大氣層（塵埃）的時間比白天要長，因為它來自側面而不是來自上方。

然後，紅光撞擊塵埃并在早期發生散射，而受塵埃影響較小的藍光則直行到達眼睛。

在火星有許多空氣分子和沒有幹涸的海洋的時候（38億年前），白天的天空會是藍色的，日落的天空會是紅色的，就像在地球上一樣。

然而，許多空氣分子随着海洋流失，天空被幹燥表面的灰塵覆蓋，導緻白天的天空是紅色的，火星上的日落是藍色的。

火星探索的進展揭示了火星日落的顔色。

地球天空的顔色主要由小空氣分子引起的光散射（瑞利散射）決定的。

然而，火星天空的顔色是由大塵埃顆粒引起的光散射（米氏散射）決定的。

天空的顔色是由包括各種顔色在内的太陽光線的“什麼”和“以什麼順序”碰撞決定的。

因此，在沒有大氣和塵埃的月球上，天空永遠是黑色的，是宇宙的顔色，因為太陽的光不會與任何東西相互作用。

另一方面，金星被厚厚的大氣層所覆蓋，所以太陽的光線被雲層阻擋，根本無法到達表面，所以從表面向上看天空的顔色總是黑色的。

地球和火星的天空被染成某種顔色并根據一天中的時間而改變顔色的原因是因為它們有溫和的大氣層。

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