日落是宇宙的一个奇迹，它触动了每个人思考的灵魂。

从绘画到诗歌再到美丽的照片，黄昏时分笼罩天空的红色、橙色和粉色色调唤醒了我们所有人的内省和艺术火花。

但是，如果你搭乘马斯克的火箭前往火星，并决定在这颗红色星球上看日落，那么你会大吃一惊！

与地球不同的是，火星上的日落并没有被丰富的红色装饰。

这张令人惊叹的火星日落图像是 2005 年美国宇航局的 Spirit Rover 拍摄的。

图片显示一个蓝白色的太阳被蓝色光晕包围，与地球上日落的外观截然不同。

地球和火星的天空有着迷人的关系。

我们的淡蓝色星球有一个以蓝色为主的天空，在黎明和黄昏时会变成橙红色。

巧合的是，火星，红色星球，有一个橙棕色的日光天空，在日落时轻轻地变成蓝色的调色板。

同一个太阳照耀着两颗行星，为什么它们的颜色如此不同？

火星日落

火星离太阳比地球远得多。

因此，从火星上看，太阳看起来更小更暗。

根据各种火星探测器收集的数据，从该行星表面观察时，太阳具有蓝白色阴影。

此外，在日落时分，太阳似乎被蓝色的光环所包围，它逐渐消失并与红灰色的火星天空融为一体。

但这是什么原因造成的？秘密在于火星的大气层。

大气如何影响阳光？

太阳发出一系列电磁辐射，范围从高频伽马射线到低频无线电波。

这种辐射的一部分称为可见光谱，我们的眼睛可以检测到。

这种可见光谱，我们通常定义为“白光”，进一步由七种不同的波长组成，我们都知道，著名的缩写词 ROYGBIV。

电磁波谱

简而言之，相同的电磁辐射以不同的强度到达不同的行星。

为什么每个星球上的天空和太阳的颜色完全不同呢？

这是因为，除了阳光本身，我们看到的颜色还取决于其他东西：它通过的介质。

光与不同粒子的相互作用不同。

当它遇到粒子时，光会被吸收、反射或散射。

这种情况发生的程度取决于与之相互作用的粒子的性质。

一些粒子倾向于散射更多较长的红色波长，而另一些粒子则倾向于较短的蓝色波。

因此，在光的传播过程中，一些波长会被去除，我们看到的结果颜色也会相应变化。

例如，在没有粒子散射或吸收光的外太空，太阳看起来是白色的。

地球大气中的光散射

为什么地球上的日落看起来是红色的？

这是由于一种叫做瑞利散射的东西，与光的波长相比，当粒子的尺寸非常小时，就会发生这种情况。

地球大气中存在的微小氮和氧分子会散射蓝色波长，因此当光线到达我们的眼睛时，只剩下红色。

现在，为了了解火星日落为什么是蓝色的，我们首先需要检查火星大气的成分。

火星大气层

火星大气的密度几乎是地球的 80 倍。

火星稀薄的大气层由 95% 的二氧化碳、3% 的氮气、1.6% 的氩气和不到 1% 的氧气组成。

然而，还有其他东西支配着火星大气——尘埃颗粒。

火星表面被沸石、赤铁矿、橄榄石和磁铁矿的尘埃颗粒所覆盖；这些粒子是造成火星蓝色日落的主要因素。

如前所述，光的散射取决于粒子的大小。

地球大气中较小的粒子有利于瑞利散射，但火星上的情况不同。

悬浮在其大气中的尘埃颗粒大小在400-700纳米之间，几乎等于可见光的波长；

因此，这些粒子不能经历瑞利散射。

相反，它们遵循不同的光学现象，三重散射。

三重散射

米氏散射是发生在较大颗粒中的主要散射类型。

与瑞利散射不同，该现象与波长无关。

相反，这种散射更依赖于光线的方向。

在这里，与侧向或反向散射相比，光的散射更多地发生在前向方向上。

一般来说，Mie 散射被称为平均散射所有波长的光。

但是，根据存在的粒子的大小和入射光线的方向，它们主要散射的波长会有所不同。

例如，火星大气中的尘埃颗粒散射红光多于蓝光。

再加上大量的红色氧化铁的存在，这就是火星天空呈现红色的原因。

蓝色日落背后的科学

当我们分析火星日落时，我们立即注意到两个特征。

一个是太阳的蓝色圆盘，另一个是太阳周围逐渐消失的蓝色光晕。

为什么会出现这些？

为什么太阳圆盘呈蓝色？

从火星上看，太阳看起来是蓝色的，因为火星大气过滤掉了更红的波长。

火星上的尘埃大小非常适合散射红光，因此这些粒子散射红色波长的次数多于蓝色波长。

由于太阳光在日出和日落时传播的距离最长，当它覆盖它的长路径时，红光就“灭绝”了，剩下的只是短的蓝色波长。

这被称为波长选择性消光，这就是使太阳看起来偏蓝的原因。

简而言之，将大气视为阳光的过滤器。

地球大气层擅长滤除蓝光并让红光进入，而火星大气层更擅长滤除红光并让蓝光进入。

太阳周围出现蓝色光晕的原因是什么？

太阳周围迷人的蓝色光芒不能简单地通过波长选择性消光来解释。

在这里，散射模式也很重要。

如前所述，Mie 散射强烈依赖于光线的方向，并且在前向方向上更占优势。

因此，当穿过火星大气层时，大部分光线会以小角度向前散射。

结果，我们看到的不是地平线上的蓝色色调，而是太阳周围更多的小而集中的蓝色光晕。

此外，不同颜色的散射模式也不同。

在向前的方向上，蓝光的强度几乎是红光的六倍。

这就是为什么我们在靠近太阳的地方看到更亮的蓝色阴影。

蓝光的最大强度是在 10 度的散射角处观察到的。

之后，随着散射角的增加，蓝色波长的优势开始下降。

超过 28 o的散射角后，红色波长的强度变得更加显着，因此，蓝色的光芒慢慢消失在火星的红灰色天空中。

简而言之，太阳的蓝色是由于波长选择性消光，而蓝色光晕是由于米氏散射引起的阳光角散射的结果。

我们能见证地球上的蓝色日落吗？

现在，你是不是对于只能在火星上观看蓝色日落感到很沮丧呢？

毕竟马斯克的火箭一次只能搭载4名乘客，而每一个座位居然卖上亿的价格。

别担心，因为你偶尔在地球上也能看到蓝色日落这样的奇观。

1883 年，喀拉喀托火山喷发后，当地人报告说，该地区的太阳和月亮呈现蓝色已有一个多月。

大约在同一时间，夏威夷一位名叫塞雷诺牧师的主教报告说，他目睹了太阳周围的蓝色光环，周围环绕着一个褐色的光环。

这种现象是由喷发后喷出到大气中的大型火山尘粒引起的，以首先描述它的牧师的名字命名为“主教环”。

除了火山爆发，在沙尘暴频繁发生的阿拉伯沙漠中，也偶有报道蓝色落日。

有时，森林大火也会导致红色的天空和蓝色的日落。

结论

除了上面提到的所有其他因素，火星日落的颜色很大程度上取决于其他东西——我们的眼睛！

火星日落的真实颜色只有在被人类感知后才能描述。

在那之前，我们只能通过火星探测器传送回来的图像观看，或者等待观看地球上的蓝色日落。

除此之外，你还可以选择成为一名航天员，前往火星观看蓝色日落。

又或者，先定个小目标，赚上几个亿，然后就能买马斯克的火箭票了。

怎么样，有没有觉得人生突然充满了希望？

参考资料：

1. 光学出版集团
2. 美国国家航空航天局
3. 佐治亚州立大学
4. 亚利桑那州立大学
5. 普渡大学
6. 美国国家海洋和大气管理局