大海的深处都有哪些颜色?

  • 大海的深处都有哪些颜色?已关闭评论
  • 0 次
  • A+
所属分类:科普

海水是无色透明的,而大海是蓝色的,为什么呢?

这个被列入《十万个为什么》的问题,在一个世纪以前,科学家们都搞不清楚,直到一位印度科学家进行深入研究,给出完美答案,他也因此获得诺贝尔奖……

大海的深处都有哪些颜色?

他就是第一位获得诺贝尔物理学奖的亚洲科学家——拉曼

其实,在拉曼的研究之前,英国物理学家瑞利就上面的问题进行过分析,瑞利认为:

太阳光遇到大气分子后,红色光大部分被吸收,蓝色光大部分被散射,所以天空一般呈蓝色;于是进一步推断说,之所以海水没有颜色,看起来是蓝色,是因为反射了天空的颜色。

大海的深处都有哪些颜色?

天空蓝色的形成原理

不知道是由于从小就养成的对自然奥秘刨根问底的习惯,还是由于研究光散射问题时查阅文献中的深入思考,拉曼一直对瑞利的推断——大海反射了天空的颜色而变蓝感到怀疑。

刚好有一次乘船出行,拉曼便拿出一台尼科尔棱镜(利用光的全反射原理与晶体的双折射现象制成的一种偏振仪器),来到甲板上,仔细观察海面。

大海的深处都有哪些颜色?

尼科尔棱镜示意图

之所以选用这种镜子,是因为观察从海面反射的光线时,可以消去来自天空的蓝光,这样看到的光就是海水自身的颜色。

也就是在这个时候,他发现:海水的颜色居然比天空的蓝色更深。同时也证明了瑞利关于大海颜色的推断是错误的。

于是,拉曼便与助手一起探索蓝色大海的奥秘。他用光栅分析海水的颜色,发现海水光谱的最大值比天空光谱的最大值更蓝,这进一步说明大海的颜色并非由天空的颜色引起,而是其本身的一种特性。

大海的深处都有哪些颜色?

接着,拉曼通过观察光线穿过纯净水及冰块时的散射的实验,终于发现了海水显现出蓝色的原理。

太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成,从红光到紫光,波长由长渐短,其中波长较长的红光、橙光、黄光穿透能力强,最易被水分子所吸收;波长较短的蓝光穿透能力弱,遇到纯净海水时,最易被水分子散射,这就是蓝色大海的真正奥秘。

所以说,瑞利关于蓝色天空的结论是正确的,但对蓝色海水的解释不合理。

大海的深处都有哪些颜色?

拉曼实验简图

此后5年多时间,拉曼更是与助手一起,全力研究光经过固体、液体和气体物质时发生的散射现象,最终发现了“拉曼效应”:

当光线照射到样品表面时,物质中的分子吸收了部分能量,发生不同方式和程度的振动,然后散射出较低频率的光。简单来说,就是指光波在被散射后频率发生变化的现象。

拉曼效应的发现,不但为研究物理结构提供了一种有效的手段,也为全世界科学研究开辟了一条新的道路。拉曼因此获得1930年度诺贝尔物理学奖,成为第一个荣获诺贝尔科学奖的亚洲人。