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太阳在早晨呈现为红色的形成原因 摘要：太阳光透过地球表面的具有球形性质的大气层的过程中，太阳光发生折射、色散现象。由于色散后的外层红色光区没有和其它色光混合。所以，外层的光区显示为红色。因为随着地球的自转，地球表面进入白昼时，首先要经过这层红色光区。所以，在日出时段内观察太阳时，太阳是红色的。 关键词：球形光密介质，色散，红色光区，混合光区 中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2013）03-0054-02 本文根据太阳光在球形光密介质中的折射、色散性质，对太阳光透过大气层的过程中的色散性质进行分析。分析表明，早晨及傍晚的太阳呈现红色，是与太阳光在球形性质的大气层中的折射、色散的性质有关。 一、球形光密介质对太阳光的色散性质分析 若凸透镜可视为无数个顶角不同而底面都朝中间的三棱镜构成，那么。球形光密介质，可视为特殊的凸透镜。如图1所示。 当太阳光透过球形光密介质时，因为上半球（以过球心的最大截面为例）使光的折射方向向下偏折，同时发生色散现象，下半球使光的折射方向向上偏折，同时发生色散现象。所以，折射、色散后，上下最外层的光区呈现为没有和其它色光混合的红色光区。而内部由于色散后又发生交叉、混合，所以，视觉上显示为白色。这就是球形光密介质色散太阳光后会呈现外层是红色的单色光区（焦距以内），内部是白色的原因。 由下面的实验可以证明上面所描述的这一现象。如图2所示。 实验器材：玻璃球一个，白纸一张。 实验步骤：把玻璃球放在明亮的太阳光下，把白纸放在玻璃球折射后的太阳光的光区中（焦距以内）。 观察结果：白纸上出现一个经过玻璃球折射、色散后的一个光区，而且这个光区，具有外圈是红色的单色光区，内部是白色光区。 二、早晨的太阳呈现红色的形成原理 虽然整个地球上的大气层形成为球形，但是由于大气层由内向外的密度是逐渐减小的，所以太阳光进入大气层被折射后的路线应当是弯曲的，而且是弯曲的程度由外向内是逐渐变大的，这种向同一方向继续折射的性质，其实和三棱镜的性质一样，是有利于加剧光的折射及色散现象的。由第一节的分析可知，也就是由于这种使折射现象加剧，以及透过的大气层的路程很大，才导致了太阳光在大气层内就有鲜明的色散现象，所以，这种渐变的折射现象，不但不影响光的色散现象，而且是增强了太阳光的色散性质。 所以，为了方便分析，本文用直线来表达光在大气层中的折射现象，即可视为大气层的密度基本是均匀的。如图3所示。 由第一节的理论可知，当太阳光透过球形性质的大气层时，由于大气层对太阳光的折射、色散。形成外层呈现没有和其它色光混合的红色单色光区，内部呈现色散后又混合到一起的视觉上呈现白色的光区。 可以这样推理，既然在陆地上，太阳在日出时段内呈现为红色，说明太阳光被大气层折射、色散后的红色光区是恰好掠过陆地表面的（红色光区的方向和陆地表面相切）。随着地球的自转，也只有日出时段内的陆地表面必须通过这层红色光区。才能在日出时段内太阳在视觉上会呈现为红色。 同理，由于地球上整个大气层的厚度基本是相同的（同一纬度），切呈现为球形，傍晚的日落时段内，太阳也是红色的。 由于球形的大气层折射、色散太阳光后的内部是混合的色光，视觉上是显示为白色，所以，随着地球的自转，陆地表面转到大气层折射、色散太阳光后的内部的混合光区内时，即在白昼的大部分时段内，太阳光在视觉上会呈现为白色，事实上，大气层内的太阳光是已经被大气层折射、色散后的各种色光了。只是色散后的各种色光又交叉混合在一起，视觉上难以辨别而已。 三、拓展 如果，被大气层色散后的红色光区的方向不是恰好和陆地表面相切，那就存在两种情况： 1，当地球的大气层的平均密度相对较大时，折射率就会增大，太阳光折射后，如图4（a）所示，此时，人在陆地上相对看到的日出就比较晚（相对现在看到日出的时间）。但是，仍然会存在日出时的太阳是红色的。因为，虽然看到的日出较晚，但是，随着地球的自转，陆地表面还是要先进入被大气层色散后的最外层的红色光区的。 2，当地球的大气层相对平均密度偏小时，如图4（b）所示，由于空气的折射率也会偏小，此种情况之下。被大气层折射、色散后的红色光区就会位于陆地表面的上方，陆地表面，是无法通过这部分红色光区的，随着地球的自转，陆地表面开始进入的光区，也是色散后又混合的光区。所以，陆地上的日出时段内，太阳也会呈现为肉眼无法辨别的混合的光，即视觉上是白色的光。 四、讨论 （一）关于大气层的密度的探讨 由《地球空心论》的理论可知，单独来看大气层，也必须具有中间层次的大气的密度最大的性质。 按现有的理论，物质一般具有温度越高，密度就越小的规律。因为大气层随着高度的增加而温度降低，所以，空气的密度也不会绝对的随着高度的增加而减小。也就是说，按现有的理论也可以推理，最靠近地面的大气层的密度不一定就最大。密度最大的应当是