天空是什麼顏色？大多數人會不假思索地回答「藍色」。這是正確的答案，但為什麼是這樣呢？為什麼不能是綠色或黃色呢？答案可能比您想像的還要複雜得多。

說到顏色，我們不得不提及不同波長的光。不同波長分別對應著人眼可感知的不同顏色，例如波長為 450 nm的光會呈現藍色，而波長 650 nm的光會呈現紅色。那麼陽光呢？陽光看起來是白色，因為它包含所有波長的光 [1]。

光線從太陽沿直線照射到地球。可是，它們有可能被阻截，而被迫放棄原來軌跡並向各個方向散射 [2]，這種現象被稱為瑞利散射（Rayleigh scattering）。它發生在陽光擊中地球大氣中空氣分子的時候，這導致空氣分子中帶電的質子和電子產生振盪，因而向各個方向發射相同頻率的電磁輻射 [2]。藍光的波長很短、頻率很高，比其他具有更長波長的光線散射得更強烈。事實上，散射光的強度，是與其頻率的四次方成正比的 [1, 2]。當我們抬頭望向天空時，我們看到的是散射光，因此天空看起來應該是藍紫色的。然而，我們的眼睛對紫光敏感度較低 [1, 2]，所以天空在日間看起來是一片藍。

等等 — 日落時分，天空呈橙紅色。為什麼這與上述的情景是相反的呢？這是因為藍光過份散射所致。當太陽落山時，它位於地平線附近。由於我們觀看日落時都是望著太陽附近的天空，因此變了直接照射我們的光線才是決定天空顏色的。與中午當頭的烈日相比，在日落（或日出）時，陽光必須在大氣中穿過更長的距離，意味著藍光在大氣中的散射會更多，大部分藍光會散射到偏離我們的方向 [3]。因此，最終可以到達我們眼睛的大多都變成了波長較長、散射較少的光。由於這些波長的光對我們來說是紅色的，落日周圍的天空因此染著我們熟悉的夕陽紅。

另一個有趣的事實是，天空的顏色會因應您所在星球的不同而改變。事實證明，如果您身處火星，白天的天空看起來是偏紅的，而落日周圍則是藍色的 [4, 5]，這與我們在地球上的認知完全相反。原因是火星的大氣層通常充滿塵埃，導致光線有著不同的散射模式 [4, 5]。

下次您在夏日外出時，不妨花點時間欣賞我們的藍天以及其背後的科學。只要我們肯去尋找，就可以看到大自然美麗璀璨的面貌。

參考資料：

[1] Lee, B. (n.d.). Why is the sky blue?. Retrieved from https://www.hko.gov.hk/en/education/earth-science/optical-phenomena/00364-why-is-the-sky-blue.html

[2] Del Genio, A. D. (2003, April 7). Why is the sky blue?. Scientific American. Retrieved from https://www.scientificamerican.com/article/why-is-the-sky-blue/

[3] Met Office. (n.d.). Why is the sunset red?. Retrieved from https://www.metoffice.gov.uk/weather/learn-about/weather/optical-effects/why-is-the-sunset-red

[4] Stoller-Conrad, J. (2020, April 21). Why Is the Sky Blue?. Retrieved from https://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/

[5] Siegel, E. (2018, May 17). Ask Ethan: Why Does Mars Have A Bright, Red Sky? Forbes. Retrieved from https://www.forbes.comstartswithabang/2018/03/17/ask-ethan-why-does-mars-have-a-bright-red-sky/?sh=1a25a8513453