讀《Why is the sky blue?》：原來藍天、紅霞、白雲與外星天空，都能用一套模型解釋

本篇文章更新時間：2026/02/10
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為什麼天空是藍的？一次讀懂藍天、紅霞、白雲與外星天空的科學邏輯

編輯前言：這篇文章改寫自《Why is the sky blue?》，作者不只回答「天空為什麼是藍的」，更建構出一套解釋所有星球「天空顏色」的模型。我讀完後的感覺是：原來我們每天抬頭看到的天空，背後有這麼多層物理與化學在運作。

核心觀點（Key Takeaways）

• 天空的顏色取決於光在大氣中的「散射」與「吸收」。
• 小分子（像 N2、O2）會大幅散射高頻率光，因此讓天空呈現藍色（Rayleigh scattering）。
• 固體微粒（例如火星的鐵氧化物塵埃）會吸收藍光，讓天空呈現紅色或橙色（Mie scattering）。
• 大水滴（雲）像無數微型棱鏡，讓所有顏色被反射，所以雲是白的（Geometric scattering）。

深入解析

原文從一個直白的問題開始：「天空應該是什麼顏色？」接著一步一步拆開光、分子、散射之間的關係。我覺得作者最有趣的切入點是：天空的顏色不是一種光，而是某種『剩下的光』抵達你眼睛的結果。

原文一句話講穿：「Blue photons have a tendency to ricochet around a lot.」

以下分成三大部分整理：

• 小分子：藍天的背後邏輯
  當陽光穿過大氣，絕大多數顏色的光會直直穿過，但藍光（更精確地說是短波長光）會因為接近氮氣、氧氣分子的「共振頻率」，而被大量散射。這些藍光從四面八方打到我們眼睛，就形成「整片天空都藍」的視覺效果。

  作者也補充了我們常問的問題：「既然紫光散射更多，為什麼天空不是紫色？」答案其實很樸實：人眼對紫光不敏感，而且部分紫外光也被臭氧層吸收。

• 大氣厚度變化：為什麼黃昏是紅的？
  當太陽接近地平線，陽光需穿過40 倍以上的大氣厚度。這段路上，藍光與綠光被一路散掉，能順利抵達眼睛的主要就是紅光。於是夕陽、晨光呈現溫暖的紅橙色。

• 大水滴（雲）：為什麼雲是白色？
  水滴比氣體分子大太多，它們的作用比較像「微型玻璃球」。白光進入後會被亂反射、折射、透射，所以所有顏色都會射出來，因此雲看起來就是白（或灰）。

火星天空、土衛六與木星：一套模型看遍外星大氣

我特別喜歡文章後半段，作者用一個三段式模型來預測「任何大氣的可能顏色」：

1. Rayleigh scattering（小分子）＝藍色天空
   例如地球、天王星、海王星。

2. Mie scattering（微粒、塵埃）＝暖色天空
   例如火星的「鐵氧化物塵埃」讓天空呈現淡紅。

3. Geometric scattering（大水滴）＝白色雲層
   地球的雲、金星的硫酸雲都屬此類。

火星的例子尤其精彩：白天是紅的因為藍光被塵埃大量吸收，但日落卻呈現藍色，是因為微粒在日落時會偏向前方散射更多藍光，形成藍色光環。

筆者心得與啟發

這篇文章讀完最大的感受是：原來天空的顏色不是「自然發生」，而是光頻率 × 分子大小 × 大氣厚度共同作用的結果。只要掌握這三個變因，就能推測一個星球的天空顏色。這讓我重新思考「科學教育」的方式——與其背誦結果，不如教學生如何從原理推出結果。

在實際應用上，這套模型也不只是天文迷的玩具。文章最後提到，消防用的紅外線成像，就是利用不同波長的光在各類粒子中的散射特性，避開可見光的霧霾、煙塵，進而「看穿煙霧」。

對我來說，這就是科學最迷人的地方：一個看似簡單的問題——「天空為什麼是藍的？」——其實連接著光學、化學、天文、甚至工程技術。只要深挖下去，每個日常現象都能打開一次宇宙級的旅程。