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诺贝尔奖获得者与儿童对话

天怎么是蓝的(下)

  现在你知道了,白色的光能够分成彩虹的各种颜色。反过来也完全一样。这种情形你会在一个有阳光的日子里体验到。有时在地平线,这是天地相接的地方,天空看上去几乎是白色的,无论如何,比直接在你头顶上方的蓝光要苍白一些。之所以会这样,是因为阳光从地平线到你这个地方,比起它直接从空中落下来所需在空气中走的路程要远得多——而在一路上它所擦过的微粒子要多得多。这些大量的微粒子就这样多次散射出光,所以它显得白中透着淡蓝。也是由于同样的原因,使得牛奶的颜色呈现出白色。你拿一杯水,把它放在一个黑暗的背景里,放进一滴牛奶,再拿一只手电筒照射杯子的一端,并靠近它,手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色。这样,你就理解瑞利散射了。但是,如果你往水里放进的牛奶越多,水就越白,因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射,结果就是白色的,跟在地平线上空一样。

  阳光从地平线通过地球大气层照射到你这个地方,经过漫长的道路。大气层不仅使白天你头顶上方的天空明亮,它也使得太阳落山时的傍晚的天空不显现蓝色而显现红色。由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒,使得阳光中的紫色和蓝色的部分往四面八方散射开去,仅留下一点点使你的肉眼看得见的光。为什么我们还会看见日落的橙红色光线,现在你大概想知道吧?因为波长短的蓝色和紫色的光被散射出去,所以到达你这里的,仅仅是波长长的橙红颜色。你观察一下日落吧,你就会看见从空中径直到你这个地方的光线——这些光线,主要是黄色的、橙色的和红色的。白天你主要看见太阳经过散射的光,天空是蓝色的,在日落时,你看见了未经散射的光,天空就显现出红色。

  所以正在下落的太阳的红色可以跟白日天空的蓝色一样得到解释。不过,天空在落日后也还会在一段时间内呈现深蓝色。这是一件怪事,因为已经沉没的太阳到达大气层最外沿的不多的光线中,不但含有蓝色的散射光,而且也含有一些别的颜色。几个物理学家在50年前就揭开了这个谜:导致黄昏时天空的蓝色,是一种特别的物质。这种特别的物质在离地球表面20至30公里的高空处,聚集成厚厚的一个层面,即臭氧层。这种气体对正在下落的太阳光,起到像颜色过滤器那样的作用:它截获太阳光中的黄色和橙色的部分,却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过。当最后的少许光消失时,所有的颜色才消失在黑暗的夜色中。

  臭氧不仅导致黄昏的蓝色天空。除了阳光的红色和黄色的部分以外,臭氧还吞下一种你无法看见的特殊的光线:紫外线的光,或称紫外线。你一定曾经听说过,紫外线对所有的生物,也对你有多么危险。如果它在你的裸露的皮肤上照射得太长久,你就会得晒斑。臭氧层到处都有足够的厚度,能截获尽可能多的紫外线:这对于我们这个星球上的全体生命来说,是极其重要的。

  可惜这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了,在南极上空已经形成了一个大的空洞。某些物质对臭氧洞负有责任,它们破坏了臭氧。此类物质就是所谓的氟里昂,它们被人们用来喷洒护发剂或制冷。这是一种对臭氧层特别有害的物质,我的同事和我曾彻底研究过,并且我们已经发现,它是如何地破坏臭氧的。从此以后,这种"臭氧杀手"在许多国家不再被使用。这使我产生了希望:臭氧层得以复原,并能在将来完成它的重要任务,保护我们地球上的生命,使其免受致命的紫外线的伤害。此外,是生物自身创造了地球的臭氧层:细菌、藻类和其他植物发明了光合作用。通过光合作用,大气层里充满了氧气微粒,同时也产生了臭氧,因为臭氧是氧气的一种形态。氮气和"正常的"氧气使天空白天呈现出蓝色,而臭氧将黄昏染成蓝色。覆盖我们的地球三分之二面积的海水也发蓝光。其间的各大洲虽然呈现出像土地那样的褐色或像森林那样的绿色,然而上空却总是蓝色的——不仅从地面上看去,甚至从宇宙中看来,地球也是裹着一块轻柔的蓝色面纱。天空的蓝色在大气层中闪亮,从大气层外观察过地球的天文学家们曾报道过这一情况。所以地球被称做"蓝色星球"是完全正确的。它那独特的蓝色就是生命的颜色。

  (本文作者:里奥·乔斯·莫利纳,1943年3月19日出生,墨西哥出生的化学家和生物物理学家。因其对破坏臭氧层的气体的研究工作而和保尔·克鲁岑和舍伍德·罗兰共同获得1995年诺贝尔化学奖。)

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