如果没有颜色，世界将会怎样？
文/韩柏光
编辑手记/杰哥
如果没有颜色，世界将会怎样？
天空变成了灰
大地没了绿
海没了蔚蓝
时间只剩日与夜
而夜只是换了一个略小的光球
没色彩的故事，怎能把你感染？
没了色彩的世界，失去了温度，冷了情感。
那么，我们的这个多彩的世界，究竟是如何形成的呢？
学习了韩柏光先生的前面两篇：《自然界中的光--来源篇》和《从身边的现象看光学原理》，今天我们来看看由各种散射、色散、衍射、干涉原因形成的彩色的光现象。
光的散射
曙暮光又称“晨昏蒙影”。日出前即太阳未露出地平线前，阳光照射到高层大气，阳光被大气分子散射，造成天空微亮，地面微明，从这时刻起到太阳露出地平线为止的光亮称曙光。彩虹色曙暮光彩虹色曙暮光日落后即太阳西沉到地平线以下后，仍有一段时间阳光可照射到高空大气，因空气分子散射使天空和地面仍维持微明，这段时间的光称暮光。曙光与暮光合称曙暮光，也称之为“白夜”。 曙光时段称黎明，暮光时段称黄昏。
图：太阳落入地平线之后的光现象
早晨和傍晚，在日出和日落前后的天边，时常会出现五彩缤纷的彩霞。朝霞和晚霞的形成都是由于空气对光线的散射作用和吸收作用。当太阳光射入大气层后，遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒，就会发生散射。这些大气分子和微粒本身是不会发光的，但由于它们散射了太阳光，使每一个大气分子都形成了一个散射光源。
当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方，此时太阳光在大气中要走相对很长的路程，我们所看到的直射光中的波长较短蓝光大量都被散射了，只剩下红橙色的光，这就是为什么日落时太阳附近呈现红色，而云也因为反射太阳光而呈现红色，但天空仍然是蓝色的。
图：朝霞和晚霞
在一天中的不同时间，太阳穿过的大气厚度不同，阳光散射的程度不同，产生了一天中阳光色温不同的变化现象，早上和傍晚偏暖和，正午偏白，阴天则偏冷色，在此不一一列举。
由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比，所以太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长得红光散射更明显，而短波中又以蓝光能量最大，所以在雨过天晴或秋高气爽时（空中较粗微粒比较少，以分子散射为主），在大气分子的强烈散射作用下，蓝色光被散射至弥漫天空，天空即呈现蔚蓝色。
米氏散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏散射的程度跟波长是无关的,而且光子散射后的性质也不会改变。如云雾的粒子大小与红外线(0.7615um)的波长接近，所以云雾对红外线的辐射主要是米氏散射。
云是指停留大气层上的水滴或瓦斯或冰晶胶体的集合体。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太阳照在地球的表面，水蒸发形成水蒸气，一旦水汽过饱和，水分子就会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围，由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。白云，文字解释为白色的云彩，即云的外观呈白色。
图：蓝天和白云
光的色散
单彩虹、双彩虹、直线彩虹都是是太阳光沿着一定角度射入空气中的水滴所引起的比较复杂的由折射和反射造成的一种色散现象，其本质还是折射，并且，阳光和视线夹角一般不大于42度。自然界在晚上还有可能产生月虹，与白天的彩虹原理一下，但是其背景必须更暗。
图：单彩虹
图：双彩虹
图：直线彩虹
光的衍射
佛光也是一种光的自然现象，其主要原理是衍射。当阳光照在云雾表面，经过衍射和漫反射作用形成佛光的自然奇观。阳光将人影投射到云彩上，云彩中细小冰晶与水滴形成独特的圆圈形彩虹。
图：佛光现象
光的干涉
生物产生的油滴入水面散开后水面上会形成一层薄膜，油膜的颜色显示出来的色彩不是水和油的色彩，而是光的干涉现象。
图：水面上油膜的颜色
一般的物体着色的规律是本身带有色素，是一种着色体。但是有一些物体不那么普通，它表面有特殊结构，让光线反射出来的时候不是胡乱反射，而是发生干涉，从而改变了光的成分。这样的结构通常是纤细的平行薄层，层之间的距离和光的波长相当，这样反射出的平行光之间就会有干涉。和色素色不同的是，干涉效果和观看的角度有关系，所以往往会显示出光泽或者虹彩的效果——但也有些鸟类的羽毛上有小气泡，起到散射效果，把虹彩抵消掉。这样的颜色，叫做结构色或者物理色。
蝴蝶翅膀的颜色有两个来源，其一是色素“本身”的颜色，其二就是鳞片表面特殊结构产生的颜色，反射的同时发生了干涉。
图：蝴蝶特殊结构导致光干涉产生的颜色
注：图片内容主要检索自网络。
韩柏光
广州朗文光电 技术总监
朗文全球设计支持中心 首席设计师
华人照明设计师协会CLDA 专业会员
IALD国际照明设计师协会 Affiliate会员
云知光学堂 专栏作者
来云知光
学灯光吧
点击即刻学习
☟☟☟
