夕陽美景大揭秘

「夕陽無限好，只是近黃昏」，這有名的詩句描繪出日落時分的太陽色彩絢麗、變化多端，異常美麗，讓人非常留戀：橙紅的太陽映照著多雲的天空，霞光萬丈，瑰麗炫目，這是最常見的景象；若西方的天空雲朵稀少，夕陽會呈現出其完整的容貌：又大又紅又扁，像是溫柔微胖的貴夫人緩緩走下舞台；西方天際若有起伏的山巒，在太陽落到山下的時候，天空有時還會映出山巒的影子，與山巒一起跌宕起伏；用望遠鏡觀察，還會看到紅紅的太陽上邊緣竟然是綠色的……

對於這些稍縱即逝的美麗瞬間，你是否想過其中的奧秘？紅紅的太陽和霞光萬丈的天空，我們都已司空見慣，也明白其中的成因，那麼對於另一些司空見慣的現象，你是否認真思考過呢？

其實晨起的朝陽也同樣會出現類似美妙的景象，那麼為什麼太陽一接近地平線就變得奇幻無比了呢？奇妙的光現象無非是光的折射、散射、反射或衍射造成的。

我們知道，一般情況下，越接近地表，空氣的密度越大，因為密度大的空氣總會向下沉。而密度越大的空氣層，折射率越大，那麼夕陽的光線斜向下射到地面上的過程中，是從折射率較小的介質進入折射率較大的介質，光線被折射的情況與光從空氣進入水中被折射的情況類似，只是太陽光在密度逐漸變大的大氣層中會發生很多次折射，光線在大氣層中的傳播路線類似一條弧線，光線彎曲的程度在太陽接近地平線，光線入射角（在這裡，指的是入射光線與垂直於地面的垂線之間的夾角）最大的時候，最明顯。

夕陽為何扁扁的？

原來，光線經過地面附近空氣層的折射進入我們眼睛後，我們逆著光線看過去，會感覺太陽比實際位置高，這與人在水中看岸上的樹，會覺得岸上的樹比實際位置高是一樣的道理。我們之所以覺得夕陽變扁了，是因為在經過大氣層的不斷折射後，太陽下邊緣的光線由於入射角大，折射後彎曲的程度也大，當我們逆著光線看過去，與太陽上邊緣相比，太陽下邊緣比實際位置偏高得更多：假設太陽的直徑是1個單位，折射後，感覺太陽上邊緣偏高了0.2個單位，太陽下邊緣偏高了0.4個單位，那麼太陽的高度就變短了0.2個單位，而寬度幾乎沒變，那麼太陽看起來就是扁扁的了。雖然高空時的太陽光也會在大氣層中折射，看到的太陽也會偏離它的實際位置，但是高空時太陽射到大氣層的光線入射角較小，折射後光線偏離的程度不至於明顯得影響太陽或月亮的形狀。

太陽的上邊緣閃動綠光

扁太陽的形成示意圖

紅太陽的上邊緣閃動綠光

這種現象在清澈的西方天際，用望遠鏡觀察夕陽就可以看到太陽的上邊緣是綠色的，這種現象叫綠閃，也是光線的折射造成的。具體過程是這樣的，光線斜射下來進入眼睛前會發生折射，而波長越短的光被折射得越厲害，如果沒有其它因素的影響，逆著光線看過去，太陽光會被分散成七色光，最高的是紫光，最低的是紅光。但是由於藍光和紫光容易被空氣中的塵埃散射掉，於是折射較大又不容易被散射的綠光就從太陽上邊緣顯露了出來，能夠被望遠鏡捕捉到。

地球的影子在西方天空的暮光中出現

這種現象叫地影，很多人都沒有見到過。這是因為它的形成需要一定的條件，還需要有心的人留心觀察，下圖是拍攝到的暮光中的山巒重影。它的形成原理，觀察者站在山腳，看不見太陽時，觀察者就已經處於大山的陰影中，如果觀察者附近的（也就是遠離山坡的）空氣密度較大，例如有薄霧，而山坡附近的空氣密度與山頂差不多，沒有霧，那麼山頂的光線斜射下來，在進入觀察者的眼睛之前的途中，有的發生了較大的折射，明顯向下彎曲了，有的折射較小，有的沒有折射，當觀察者逆著折射光線看過去，就會看到深色山頂的上方又多了一層起伏的山頂陰影，於是大山就在天空中映出了自己的影子

綠閃現象原理示意圖

海上落日更有趣

太陽在逐漸下落，距離海平面越來越近，而另一個「太陽」卻從大海中逐漸升起，最後一上一下兩個太陽邊對邊粘在一起，只是下面的太陽僅露出海平面一少部分。看到這種景象，你會非常驚訝，怎麼大海中還會有一個太陽升起？其實這下面的「太陽」是太陽的幻影，我們知道太陽在水中會出現倒影，本來水中太陽的倒影，遠在天邊的我們是看不到的，但由於海面上方容易出現折射率突然改變的空氣層（例如緊貼海面的空氣較暖，密度較小，而不到半米高的空中，空氣較冷，密度較大），於是水中太陽的倒影在折射率較大的空氣層處發生反射，反射光線進入我們的眼睛，我們逆著光線看過去，就感覺好像水中升起了另一個「太陽」，緊貼著上面的太陽，這與海市蜃樓的形成是相似的。

地影現象原理示意圖

如果緊貼海面的暖空氣層上方是較薄的一層冷空氣層，那麼當太陽下落到冷空氣層處，還容易出現太陽的一部分在冷空氣層處缺失的現象，這是因為冷空氣層的折射率大，把光線不知折射到哪裡去了，那部分太陽的光線沒有進入我們的眼睛，於是太陽的中間就缺了一塊

海上落日，另一個太陽會從海中升起

這些美麗的奇觀都是當太陽接近地平線時出現的，因此觀察早晨的朝陽，也可以觀賞到類似的景觀。感興趣的你就留心觀察吧，相信你會看到令人激動的景象的。

本文源自大科技〈科學之謎〉 雜誌文章 歡迎您關注大科技公眾號：hdkj1997

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