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许多创世神话都以两个相互交织的原始实体为特征: 上面是无边无际的天空，下面是深不可测的海洋。从希腊人的俄刻阿诺斯（Oceanus）和乌拉诺斯（Uranus）到波利尼西亚人的Tangaroa和Ranginui，人类对这两个领域之间的宇宙混乱的迷恋是显而易见的。

从科学上讲，原始汤假说与这些概念产生了共鸣。该理论认为，在最初的时间里，挥发性的地球化学反应导致了细菌的非生物出现，地球温暖潮湿的环境为这一过程提供了合适的条件。换句话说，我们的天空和海洋的组成和活动方式对地球上生命的形成至关重要。因此，科学家们长期以来一直对研究天空和海洋的特征感兴趣: 是什么导致了海洋热浪? 什么是海洋通风? 降雨如何影响我们的海洋? 更通俗地说，在所有的颜色中，为什么海洋和天空都是蓝色的，让人联想到悲伤、蓝宝石和蓝莓？

从瑞利散射到水的光吸收和散射的物理学，科学家们为我们的天空和海洋的蓝色提供了有力的解释。

01 在蓝色画布上喷涂

如果没有光，比如来自太阳的光来照亮物体，我们永远不会感知到世界上的颜色。阳光是造成天空蓝色现象的众多因素之一。但是阳光，尽管被称为紫外线或射线，并不完全是蓝色或黄色的。

由艾萨克·牛顿在17世纪60年代确定，后来被天文学家证实，来自太阳的白光包含了光谱中的所有颜色。它由不同的颜色组成，然后由不同波长的光组成。波长较长的光不像波长较短的光那样散射，因为折射的数量随着波长的减少而增加。这意味着波长较短的光(紫色和蓝色)的速度更慢，因此，与波长较长的光(橙色和红色)相比，会经历更多的弯曲和散射。我们通常在天空中看到的就是这些波长更短、更慢的光。

然而，光的波长变短或变慢是不够的。我们之所以能看到物体，是因为光线照射到这些物体上并反射到我们的眼睛里，而大气中不断被阳光照射到的物体是二氧化碳、氧气、氮气和氩气的微小分子和原子，它们会散射波长较短的光。蓝色和紫色波长更接近这些大气分子的大小，有效地将它们散射，就像沙子通过筛子一样。这种现象被称为瑞利散射，以瑞利勋爵(约翰·威廉·斯特拉特)的名字命名，他是第一个发现这种现象的人。这种现象随着光的波长减少而增加，因此使蓝光比红光或橙光更明显。

02 瑞利散射和为什么天空是蓝色的

然而，瑞利散射确实带来了一个难题： 既然从技术上讲紫色的波长比蓝色的波长短，为什么我们看到的不是紫色的天空，而是蓝色的天空？ 一句话：眼睛。根据Big Think关于这个主题的一篇文章，因为人类的眼睛有三种类型的视锥细胞来检测颜色，以及单色视杆，所以这四种类型的信号对蓝色、青色和绿色波长的光的反应比对紫色的反应更强烈。太阳的白光中没有足够的紫光来克服视网膜传递给大脑的强大蓝光 因此，天空被我们的眼睛描绘成蓝色。

在一些特殊的时刻，天空不是蓝色的：中午，太阳在天顶出现白色，随后，整个天空都是白色的。但这是因为阳光穿过大气层到达我们身上的距离较短——即使是蓝光也很少被散射，而当阳光在较远的距离到达空气颗粒时，它又回到了蓝色。然而，如果阳光传播得太远而无法到达我们，例如，当太阳在天空中很低的时候，我们就不再看到蓝光，因为它太分散了。密苏里大学物理系的迈克尔·克鲁格(Michael Kruger)说:“当太阳落山时，到达你身上的光线必须穿过比太阳在头顶时更多的大气层。因此，唯一不被散射的彩色光是长波光，即红光。”

至于其他行星上的天空，由于大气的影响，它们的原色可能与地球不同。无论这些星球上有什么空气颗粒，或者缺乏空气颗粒，都会给天空涂上不同的颜色。

03 呕吐的蓝胃

在伊阿宋和阿尔戈英雄的故事中，希腊英雄们发现自己被海兽卡吕布狄斯所困扰。它有牙齿和嘴巴，吞下整个海洋，然后喷出狂暴的间歇泉。地球上所有的海洋都与这个贪婪的怪物非常相似: 它们先吃掉东西，然后再吐出来。在日常生活中，它们会吃掉和吐出波长的光。

许多人认为海洋反映了天空的蓝色。这并不完全准确。正如查尔斯·L·布劳恩和谢尔盖·N·斯米尔诺夫在他们的文章《为什么水是蓝色的?》中所解释的那样，这些巨大的蓝色怪物首先吸收光，特别是红光，而不是纯粹的反射。由于分子的振动跃迁，然后反射光谱中吸收其他颜色的蓝光。这种机制不同于瑞利散射。当天空将白光散射成更长或更短波长的扩散时，海洋消耗更长的波长并吐出更短的波长。

在麦吉尔大学题为“为什么天空是蓝色的?”或者更确切地说，为什么海洋是蓝色的? 艾达·麦克维恩写道:“当光照射到水中时，水分子会吸收一些光子。每样东西都吸收不同的波长(你的绿色T恤吸收红色)，结果，把剩下的颜色反射回观察者身上(这就是为什么你的T恤看起来是绿色的)……水分子吸收光中的所有红色波长，使其反射蓝色。”

04 海洋中的杂质是如何影响海洋颜色的

当然，并不是所有的海洋都是同样的蓝色，也不是所有的海洋都是蓝色的。像藻类和浮游植物这样的生物物质会吸收除绿色以外的所有颜色（赤潮时是红色），而土壤、岩石、粘土和其他矿物质等受到干扰的沉积物会反射棕色、乳白色或其他脏颜色，同时吸收其余的颜色。但深度在蓝光的折射中也起着重要作用。由于海洋吸收红外光和红色可见光，而不是像天空那样散射它们，所以距离太阳越深，红色、橙色、黄色和绿色的波长就被带走越多，只留下蓝色的光。即使是蓝色波长也会消失，一旦深度太深，即使光线也无法折射穿过深不可测的水。由于地球的全球平均反照率（反射率）为0.30，这意味着30%的入射光被反射回太空，其中大部分反射光是我们世界上常见的标志性和独特的蓝色光环。

05 如上，如下?

海洋和天空截然不同。就连它们据称共有的颜色——蓝色——也不是一个精确的色度或色调。气体构成了我们呼吸的大气，而不同的液体物质构成了浩瀚的深海。虽然瑞利散射现象可以在浅蓝和短波长的天空中观察到，但像海洋这样的大型水体对较长和较红波长的吸收却以较深的蓝色反射。然而，如果我们的眼睛没有收集到被照亮的空气和水，让大脑把它们解读为蓝色，那么所有这些耸人听闻的、不同的景象都是有争议的。

然而，尽管身体和自然的差异，这两个被细线隔开的交织在一起的身体一直是整个文化中渴望冒险的无尽源泉。人类曾经穿越蓝色的水域，寻找希望和抱负，现在人类超越蓝色的空气，希望探索世界之间的无限海洋。我们如何继续看待天空和海洋，无论是在我们的世界还是在其他世界，都是未来的感知问题。

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