本系列文章感謝 EPS 的授權轉載...
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作者 EPS (貓咬豬) 看板 Astronomy
標題 Re: 烏雲為什麼是黑的呢...
時間 Sat Aug 9 17:45:34 2003
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==> marsupial (gogo) 提到:
> ==> EPS (貓咬豬) 提到:
> > 意思是不會有哪個波長的光被反射特別多,每種波長都差不多
> 對不起
> 上一篇不知為何都成了亂碼
> 我想說的是
> 這主要應該與散射有關吧
沒錯啊,我說的不就是這個嗎?
光與介質間的作用,扣掉吸收的話,不是反射就是折射.
散亂無章的反射或折射,就是散射.
> 構成雲的水滴與冰晶粒子大小不一
> 所以散射出來的光各種波長都有
> 所以雲看起來才會是白色的
如果你要把水滴或冰晶的大小,與被散射的光的波長扯上關係
(不管是什麼樣的關係),最基本的條件就是,水滴或冰晶的大小
要與光的波長差不多,或比光的波長小. 反之,如果水滴或冰晶
的大小比光的波長長很多,那麼其對光的散射(反射也好,折射
也罷),就不會是波長的函數,白光進去,白光出來.
所以,要回答你的問題,第一個要問的是雲中的水滴或冰晶到底
多大? 把可見光的數百nm大? 還是小?
我不知道真正的答案,但既然雲是白的,我猜大好了.
有沒有人想一起猜的? 我們找個大氣系知道答案的人來做莊.
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人生繁擾一場夢
但求浮雲一片白
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夫兵者不祥之器物或惡之故有道者不處君子居則貴左用兵則貴右兵者不祥之器非君子
之器不得已BBS telnet://wretch.twbbs.org 開個人板 超快 不用連署得志於天下
矣吉事尚左凶事尚右偏將軍居左上將軍居右言以喪禮處之殺人之眾以哀悲泣之戰勝以
喪禮處之道常無名樸雖小天下莫能臣侯王若能守之萬物將自賓天地相合以降甘露民莫
之令而自均始制有名名亦既有夫亦將知止知止可以不殆譬道之在rac1.wam.umd.edu海
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標 題: [轉]Re 烏雲為什麼是黑的呢...
發信站: 無名小站 (Fri Oct 8 15:30:13 2004)
轉信站: ptt!Group.NCTU!grouppost
作者 mph (夢白) 看板 Astronomy
標題 Re: 烏雲為什麼是黑的呢...
時間 Sat Aug 9 23:51:05 2003
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==> EPS (貓咬豬) 提到:
> 如果你要把水滴或冰晶的大小,與被散射的光的波長扯上關係
> (不管是什麼樣的關係),最基本的條件就是,水滴或冰晶的大小
> 要與光的波長差不多,或比光的波長小. 反之,如果水滴或冰晶
> 的大小比光的波長長很多,那麼其對光的散射(反射也好,折射
> 也罷),就不會是波長的函數,白光進去,白光出來.
> 所以,要回答你的問題,第一個要問的是雲中的水滴或冰晶到底
> 多大? 把可見光的數百nm大? 還是小?
> 我不知道真正的答案,但既然雲是白的,我猜大好了.
> 有沒有人想一起猜的? 我們找個大氣系知道答案的人來做莊.
Bingo!
成雲時的平均水滴粒徑大約10μm，要下雨至少要20μm，
有的甚至會長到30μm。
太陽可見光的波長波段則是從viloet的0.4μm到red的0.7μm。
雲滴的粒徑大小明顯大於太陽可見光的波長。
當太陽照射雲滴時，在雲滴的被光面會有非常明顯的散射現象，稱為foward scattering。
這種雲滴粒徑大於入射光波長的散設稱之為Lorenz-Mie scattering（勞倫茲-梅 散射）。
反之，一般空氣粒子小於太陽可見光的波長，就沒有這麼強烈的forward scattering。
其所造成的散射，稱為Rayleigh scatter(賴瑞 散射）。
為什麼天空是藍的？為什麼夕陽是紅的？就是因為Rayleigh scattering的原理。
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標 題: [轉]Re 烏雲為什麼是黑的呢...
發信站: 無名小站 (Fri Oct 8 15:31:20 2004)
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作者 EPS (貓咬豬) 看板 Astronomy
標題 Re: 烏雲為什麼是黑的呢...
時間 Wed Aug 13 04:06:13 2003
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==> LupinLin.bbs@bbs.ee.ncu.edu.tw (龍貓小俠) 提到:
> m..........老實說...這個問題和"天空為什麼看起來是藍的? 傍晚
> 為什麼天空看起來是紅的?" 有異曲同工之理...不過由於我修過朱伯
> 伯的課,根據老師的說法,答案就在Jackson的電動力學裏,我自認唸得
> 沒有很好,所以就不在這唬爛了,有興趣的人可以去翻翻那本書,不然
天空是藍的,基本上是Rayleigh Scattering所致.
就算Jackson你沒念過,Ribicky & Lightman那本輻射物理裡也有.
簡單地說,Rayleigh Scattering是電磁波打中一個bound charge,
該charge受電場加速而在原平衡位置作振蕩,這樣的振蕩產生的
dipole radiation除了與該電荷原來的binding energy有關外,
亦與入射電磁波波長的四次方成正比. 所以短波長的光容易受到
這樣的散射,所以天空是藍的.
這樣的物理過程,與雲對光線的反射與折射不一樣. 前面的網友提
過了,雲中的水滴大小遠比可見光波長大,此時,光與水滴的作用就
是簡單的反射與折射而已. 該網友提到的Mie Scattering,就是當
光射入一特定形狀的微形介電質後,在其中產生各種折射與反射,
並自我干涉後的最終結果.
> 隨便找個清華的學生借借老師的講義,這裏面介紹的內容和推導的過程
> 可就精典多了... 至於EPS兄的回答,應該已經可以滿足某部份的人了...
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標 題: [轉]Re 烏雲為什麼是黑的呢...
發信站: 無名小站 (Fri Oct 8 15:32:09 2004)
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作者 mph (夢白) 看板 Astronomy
標題 Re: 烏雲為什麼是黑的呢...
時間 Wed Aug 13 11:11:21 2003
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==> EPS (貓咬豬) 提到:
> 天空是藍的,基本上是Rayleigh Scattering所致.
> 就算Jackson你沒念過,Ribicky & Lightman那本輻射物理裡也有.
> 簡單地說,Rayleigh Scattering是電磁波打中一個bound charge,
> 該charge受電場加速而在原平衡位置作振蕩,這樣的振蕩產生的
> dipole radiation除了與該電荷原來的binding energy有關外,
> 亦與入射電磁波波長的四次方成正比. 所以短波長的光容易受到
> 這樣的散射,所以天空是藍的.
就輻射強度(intensity)而言，被散射的輻射強度是與入射輻射波長的四次方成反比的。
波長較短的藍色光被散射的強度最強，人眼接受來自每個空氣質點散射出的藍光，
所以晴朗的白天天空是藍的。
日出與日落時，太陽光束幾乎與地表平行，穿過較厚的大氣層，
光束中較短波長的光都被散射光了，只剩波長最長的紅光殘存，所以天空才會變紅。
> 這樣的物理過程,與雲對光線的反射與折射不一樣. 前面的網友提
> 過了,雲中的水滴大小遠比可見光波長大,此時,光與水滴的作用就
> 是簡單的反射與折射而已. 該網友提到的Mie Scattering,就是當
> 光射入一特定形狀的微形介電質後,在其中產生各種折射與反射,
> 並自我干涉後的最終結果.
實際上大氣裡除包含水滴、冰晶之外還有灰塵、鹽粒等等不一而足
粒徑比可見光波長大許多的粒子，這些都是造成散射的重要因子，
也是主要影響地球上輻射收支平衡，進而影響氣候的原因。
由於數學上的運算與方法，遠比Rayleigh Scattering複雜而且困難許多，
以往都是假設這些粒子的形狀是規則的，而去做一些模式運算地球受太陽輻射的影響。
最近受到電腦與數學方法的大幅進步，已有人朝向不規則的粒子，
去做更逼近真實大氣輻射的模擬與預測，以期能更精確地掌握輻射對大氣的影響。