2025年高考物理短暫而迷人的“綠光”現(xiàn)象

　　[趣味物理]短暫而迷人的“綠光”現(xiàn)象

　　你曾在海面上觀察過日落嗎？無疑的，你一定觀察過。那么，你可曾一直觀察到太陽的上緣跟水平面相平，然后完全消失為止呢？我想你也一定觀察過的�？墒�，假如你觀察的時候，萬里無云，天空完全明朗，你可曾發(fā)現(xiàn)當(dāng)太陽投出最后一道光線的那一瞬間所發(fā)生的現(xiàn)象嗎？恐怕就不一定了。

　　但是我勸你不要失去機(jī)會去進(jìn)行這樣的觀察：在那一瞬間，投進(jìn)你眼簾的，不會是紅色的光線，而是綠色的，鮮艷的綠色的光線，這個顏色的漂亮，甚至于隨便哪一個畫家也不可能在他的調(diào)色板上調(diào)出，就是大自然自己也不可能在別的地方像最清澈的海水里調(diào)出這樣漂亮的顏色。

　　一份英國報紙上刊出的這節(jié)短文，引起了儒勒·凡爾納寫的《綠光》那部小說里的年輕女主角的極大興致，她開始到處旅行，目的只有一個──親眼看到這種綠光。根據(jù)小說家的敘述，這位年輕的蘇格蘭女旅行家并沒有達(dá)到她的目的，沒有看到大自然的這個美景。但是這個現(xiàn)象卻確實是有的。關(guān)于綠光，雖然常常帶著許多傳說般的說法，但是這個現(xiàn)象的本身倒并不是一個傳說。每一位愛好大自然的人，只要他有耐心去尋找，能夠看到這個現(xiàn)象，就一定會稱贊這個景色的美麗的。

　　為什么會有綠光出現(xiàn)呢？

　　對于這個問題，只要你想起當(dāng)我們通過三棱鏡看物體時候所看到的情形，你就會明白了。請你先做一個實驗：拿一個三棱鏡平放在眼前，底面朝下，然后通過它去觀察釘在墻壁上的一張白紙。你就會發(fā)現(xiàn)，首先是這張紙顯然比原來的位置升高了，其次，紙的上面一邊會顯出紫色，下面一邊卻顯出黃紅色。紙升高是由于光線曲折的作用，紙邊有顏色是由于玻璃的色散作用，就是因為玻璃對于不同顏色的光線有不同的折射率。紫色和藍(lán)色的光線要比別種顏色的光線折射得更厲害，因此我們在紙的上面一邊看到了紫藍(lán)色；紅色的光線折射得最差，因此在紙的下面一邊看到了紅色。

　　為了使下面的解釋容易明白，在這個顏色邊的問題上我們還得多說幾句。三棱鏡把從白紙反射過來的白光分散成光譜上所有的顏色，造成了那張紙的許多有顏色的像依顏色折射率大小的次序排列在一起，而且互相重疊。在所有顏色都重疊在一起的中間部分，我們的眼睛看過去是白色的（光譜顏色的總和），但是上下邊卻露出沒有別的顏色重疊上去的單純的顏色。著名的詩人歌德也曾經(jīng)做過這個實驗，他可沒有明白它的道理，認(rèn)為他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)牛頓關(guān)于顏色的理論不正確，就寫了一篇《論顏色的科學(xué)》，這篇文字幾乎全部建立在顛倒是非的說法上。我想我們的讀者一定不會重蹈歌德的覆轍，并且不會希望棱鏡會增添物體的顏色。

　　地面大氣對于我們的眼睛就仿佛是一個底面朝下的很大的三棱鏡。我們望見已經(jīng)落到地平線上的太陽，就是通過這個空氣三棱鏡在觀察的。因此太陽圓面的上面邊緣就顯出藍(lán)綠色，下面邊緣卻顯出黃紅色。當(dāng)太陽的位置還高出地平線的時候，因為圓面中央的耀眼的光線壓倒了邊緣的光度比較弱的各種顏色的光線，因此我們根本看不到這種顏色；但是在日出日落的時候，那時整個太陽圓面都隱藏在地平線以下，因此我們能夠看到上面邊緣的藍(lán)色。這個邊緣實際上是兩重顏色的，上面是一條藍(lán)色帶，下面是藍(lán)綠兩種光線混合成的天藍(lán)色。因此，假如接近地平線的空氣完全潔凈透明的話，我們就能夠看見那藍(lán)色的邊緣──“藍(lán)光”。但是這藍(lán)光時常會給大氣散射了，就只剩下一道綠色的邊緣，這就是“綠光”現(xiàn)象。不過，因為地面上的大氣在大部分的情形下是渾濁不清的，那時候會把藍(lán)綠兩種光線全部散射了，那我們就不可能發(fā)現(xiàn)什么顏色的邊緣，而太陽也就像一個火紅色圓球般落下山去了。

　　普爾柯夫天文臺的天文學(xué)家季霍夫曾經(jīng)做過一次“綠光”的專門研究，他告訴我們可以看見這個現(xiàn)象的許多征兆。“太陽下山的時候如果有紅顏色，而且用普通肉眼去望也不覺得刺眼，就可以肯定地說，綠光是不可能看見的。”這理由是很清楚的：太陽的紅顏色表示在大氣作用下藍(lán)綠光線的散失，也就是表示太陽圓面上部邊緣的顏色完全散失。這位天文學(xué)家繼續(xù)說道：“反過來說，假如太陽在下山的時候并沒有顯著改變它原來的黃白色，而且非常刺眼，那就可以有相當(dāng)把握地希望綠光的出現(xiàn)。但這兒還得有一個條件，就是，地平線看過去一定要十分清楚，沒有什么不平的地方，附近沒有樹林、建筑物等等。這些條件只有在海洋上容易得到；所以海員對綠光往往很熟悉。”

　　這樣看來，如果想看到太陽的“綠光”，一定要在天空非常潔凈的時候觀察日出或日落。南方的國家，地平線上的天空比較清澈，因此“綠光”現(xiàn)象在南方也就可以有比較多的被觀察機(jī)會。但是，“綠光”現(xiàn)象在我們這里，也并不像一般人受了儒勒·凡爾納的影響以后所想象的那樣難得看到。只要你堅持有恒地去尋求，遲早一定會看到的。甚至有人用望遠(yuǎn)鏡也望到過這美麗的現(xiàn)象。兩位阿爾薩斯的天文學(xué)家對于這種觀察有過這樣的記述：

　　……在太陽完全落下去的前一分鐘，當(dāng)太陽的很大一部分還可以看得見的時候，那輪輪廓顯明的、在波浪似地動著的太陽四面，圍上了一圈綠色的鑲邊。

　　這個綠色鑲邊在太陽還沒有完全落下之前，肉眼是不可能望見的。只有當(dāng)太陽完全消失在地平線以下，才能夠看得到。假如我們用相當(dāng)高倍數(shù)（大約100倍）的望遠(yuǎn)鏡望去，就可以清楚地看到這一切現(xiàn)象：這綠色的鑲邊最遲在日落前10分鐘就可以望見；它圍著太陽圓面的上部，但同時在四面的下部卻可以望到一道紅色的鑲邊。這道綠色鑲邊起初很窄（視角一共只有幾秒），以后太陽逐步低落，鑲邊就逐漸加寬，有時候會增加到視角有半分之多。在這綠色的鑲邊之上，時常會看到的也是綠色的凸出部分，這些凸出部分隨著太陽的逐漸消失，仿佛沿著它的邊緣滑到最高點；有時候它們甚至脫離了鑲邊，繼續(xù)發(fā)光幾秒鐘以后才熄滅。

　　“綠光”現(xiàn)象一般只延續(xù)一兩秒鐘。但是在特殊情形下，這個延續(xù)時間可以顯著地加長。譬如說，有人曾看到過5分鐘以上的“綠光”。太陽在很遠(yuǎn)的山后落下，一位快步行進(jìn)的人看到了太陽圓面上的綠色鑲邊仿佛沿著山坡滑落（圖110）。

　　在日出的時候，當(dāng)太陽的上邊緣開始從地平線下面露出的時候，觀察“綠光”也是很有意思的事情。這個事實可以證明許多人的一種論斷不正確，他們一向認(rèn)為“綠光”只是眼睛受到日落以前太陽光芒的刺激所發(fā)生的光學(xué)上的錯覺。

　　太陽并不是惟一能夠發(fā)“綠光”的天體。有人發(fā)現(xiàn)金星在落下時會發(fā)出綠光的現(xiàn)象。

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