采訪專家： 史立芳（中國科學院光電技術研究所副研究員） “看！中國尊變成手電筒啦！”最近，一組由BK青少年科學院小記者家長“高山流水之高老頭”所拍攝的圖片在網絡上火了。在圖片中，位于北京市朝陽區(qū)CBD核心區(qū)、正在修建的“中國尊”建筑上出現(xiàn)奇特的景象：從“中國尊”樓頂延伸出現(xiàn)長長的、呈放射狀的“影子”，就像中國尊變身成手電筒一般。在社交媒體上，這組圖片引發(fā)許多網友討論，有人戲稱“這是向太陽發(fā)射三體星的位置”。
“中國尊變手電”是因為“丁達爾現(xiàn)象”在光的傳播過程中，光線照射到粒子時，如果粒子大于入射光的波長很多，會發(fā)生光的反射現(xiàn)象；如果粒子小于入射光波長，則發(fā)生光的散射現(xiàn)象，這時就會觀察到，光波環(huán)繞微粒而向其四周放射的光路。這種現(xiàn)象最早由英國物理學家丁達爾于1869年發(fā)現(xiàn)，是一種光的散射或稱乳光現(xiàn)象，被稱為“丁達爾現(xiàn)象”。 ▲當一束光線透過膠體，從入射光方向可觀察到膠體里出現(xiàn)一條光亮“通路”，這種叫丁達爾現(xiàn)象 中國科學院光電技術研究所副研究員史立芳表示: “只有膠體才有比較明顯的乳光，所謂膠體又稱膠狀分散體，是由分散質和分散劑組成的一種均勻混合物，分散質部分是由微小粒子或液滴所組成的。膠體按照分散劑狀態(tài)不同分為氣溶膠、固溶膠，液溶膠等等，如煙、云、霧是氣溶膠，有色玻璃、水晶是固溶膠，蛋白溶液，淀粉溶液是液溶膠?！?/font> ▲“中國尊變手電筒”與自然界中云層遮擋出現(xiàn)的丁達爾現(xiàn)象對比示意圖 對于“中國尊變手電筒的現(xiàn)象”，史立芳解釋道：“根據(jù)照片拍攝時間為早上看，太陽是從下邊往上照，光源是在下面，高樓把太陽光擋住的地方就比較暗，兩邊光線比較亮，對比之下，中間就出現(xiàn)了類似手電筒光源的圖案?！?/font> 至于此時天空中的背景呈現(xiàn)的紅到藍的漸變色，史立芳給出解釋，太陽光中可見光可分成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等不同顏色。早晨和傍晚時候，太陽高度低，陽光以很大傾角穿過大氣層，經歷的大氣層路徑要遠比中午時大得多。光線中波長較短的藍光部分都被散射掉了，穿過大氣層的紅光較多，因此天空看起來就呈現(xiàn)紅橙色?！?/font> 那么為什么看起來是放射狀的“手電筒燈光”？史立芳補充道：“這是視覺效應玩的一個把戲。太陽光從高樓兩邊中透出，其實是平行的，但由于透視效果，像是放射狀延伸的光束?！?/font> “丁達爾現(xiàn)象”用來判斷是否有霧霾？看到這里，有些人就“腦袋大開”了：既然丁達爾現(xiàn)象是光束被空氣中粒子散射的結果，那么 “中國尊變手電筒”是不是因為北京霧霾天的緣故？這不正可以作為判斷空氣質量好壞的一種方法嗎？ ▲3月26日當天空氣質量為中度污染 對此，史立芳從丁達爾現(xiàn)象的基本形成原理出發(fā)作出解釋。原來自然界出現(xiàn)丁達爾現(xiàn)象，需要空氣中粒子大小和濃度合適才行。比如空氣中有很多小于可見光波長（400-760納米）的粒子，散射現(xiàn)象就會很顯著。而霧霾中，如主要是微米級（1微米=1000納米）的顆粒物，散射就不顯著，就看不到丁達爾現(xiàn)象。 史立芳介紹，當空氣質量特別差，霧霾非常嚴重時候，此時的陽光很難滿足“一束光”條件。“霧霾籠罩著整個城市，空氣中有許多比可見光波長大很多的粒子，會發(fā)生反射或折射現(xiàn)象。此時光線的方向性很差，即使有云層或者高樓等遮擋，也不容易形成方向性較好的光束，進而不容易出現(xiàn)丁達爾現(xiàn)象。” 當然如果你留心的話，在霧霾或者霧天，也可以看到“人造”丁達爾現(xiàn)象，比如人為提供一束方向性較好的光，如手電光、汽車遠射燈、城市夜空中打出的激光束等等，我們都可以清晰地看到光線的傳播路徑。 也就是說霧霾天里，可能會有丁達爾現(xiàn)象。但有丁達爾現(xiàn)象，并不能反推出一定有霧霾，實際上空氣質量好的時候，還更容易觀察到丁達爾現(xiàn)象。在某些雨后的天晴的日子，降雨使空氣透明度大大提高，而此時空氣飽含水滴粒子，在光線合適的情況下也是有可能產生丁達爾現(xiàn)象。 |
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