【野生小科普】在“火星”醒来？

周内看到一条朋友圈，乍一看还以为是他们实验室的样品送到火星了。好奇地搜了搜，才知道原来是美国加州山火造成的橙红色天空。

【1】朋友圈

那么，为什么我们在山火期间看到的天空是有点像火星探测器拍摄出来的橘红色或者血红色呢？

是燃烧的火焰的光吗？

那倒不是，如果是山火烧起来的红光，倒真有些世界末日的恐怖气氛了。

【2】https://berkeleylab.exposure.co/berkeley-lab-in-sepia-tones

要解释最近美国部分地区出现bloody sky的现象，我们需要从气溶胶、海洋层和光的散射等概念出发。

气溶胶：是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。气溶胶粒子对光波产生散射，山火产生的大量烟雾分散在空气中也是一种气溶胶。

海洋层：是聚集在大型水体（如海洋）低空的一团稠密的冷湿空气，由逆温引起。靠近水平面的空气湿冷，而上面压着暖空气，阻止湿冷空气消散。近海地区常有浓雾，不易消散（如果沿海地区空气污染，久久风吹不散也是很困扰），就是海洋层的影响结果。

虽然是内陆的山火，但是风将烟雾吹向海湾，有很多烟雾驻留在海洋层，比在内陆

的存在更加稳定、厚实，造成海湾区天空血红。但也是因为海洋层阻挡了大量烟雾降落，所以尽管沿海地区天空很红，但是短时间内空气中的颗粒浓度没有内陆严重（不过颗粒总会落下来的......）。

【3】海洋层

光的散射：光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。

光和介质粒子的相互作用，按粒子同入射波波长（λ）的相对大小不同，可以采用不同的处理方法：当粒子尺度比波长小得多时，可采用比较简单的瑞利散射（Rayleigh scattering）公式；当粒子尺度与波长可相比拟时，要采用较复杂的米氏散射（Mie scattering）公式。

【4】瑞利散射和米氏散射

利用瑞利散射可以解释白日蓝天和夕阳红。我们都知道，蓝光波长短，红光长。正常环境下（大气中粒子远小于波长）的白天，阳光穿过大气分子及其中微小粒子，发生瑞利散射。瑞利散射的强度与波长的4次方成反比，波长短的蓝紫光散射能力强，向四周散射，所以我们会看到蓝色的天空。

【5】这是一个解释光的散射的经典实验，图中显示的是向水加了两地牛奶的效果，在侧面可以看见偏蓝色的光线，而在左侧的纸面上是白光。即模拟了正常环境下的白天。

【6】白日蓝天

而日落或者日出时，由于太阳与地球的角度和位置，使得阳光需要穿过相当长的一段大气层才能让我们看到，即发生较多的散射。这种情况下，散射能力强的蓝光都散没了，我们看到了红霞，散射越严重，颜色就越红。

【7】继图5，多加牛奶

【8】继图7，多加牛奶并关了灯。加了很多牛奶即发生更多散射。可以明显看到侧面是蓝色，而纸面是橘黄色。

【9】夕阳红

山火产生大量大颗粒，发生的散射以米氏散射为主。米氏散射的粒子大时，可近似为夫琅禾费衍射，所以波长较长的红光更容易被我们看到。类似的现象还比如，下大雨时，世界看上去有些红。

加之在沿海地区有海洋层，与山火产生的大颗粒气溶胶配合，产生了红色增益效果，红得格外惹人注意。

祝大家周末快乐，平平安安。