● 藍天：瑞利散射和大氣現象的各種變化
早餐後你就出門了。現在正值冬季，氣溫很低，但今天的天氣很好，天空萬裏無雲，一片湛藍。我們對這樣的天空已經習以為常，但若是想要解釋清楚為什麽天空是藍色的就不是那麽簡單了。英國物理學家約翰·威廉·斯特拉特·瑞利（John William Strutt Rayleigh， 1842—1919）[34]成功解釋了這個問題。在這一現象的基礎上，光的一種特殊行為被命名為瑞利散射（Rayleigh scattering）。當光線穿過由小顆粒（其尺寸與光的波長相當）組成的介質（如大氣中的氣體分子）時，它會向各個方向偏轉。但根據入射光波長的不同，擴散強度也不同。瑞利發現，大氣散射光的強度與入射光線波長的四次方成反比。太陽光由各種波長不同的成分（對應於彩虹顏色的色光）構成，波長較短的光受大氣散射的影響較大。組成太陽光的色光波長從紅光到紫光逐漸減小，因此散射能力最強的色光應該是紫光。但是由於紫光在太陽光中的強度很弱，所以散射最強的就變成了波長也很短，但光強度更高的藍光。所以天空呈現藍色多虧了有大氣層作為擴散介質。在沒有大氣的情況下，天空會呈現黑色，宇航員在地球大氣層外的旅行證實了這一點。
今天的天空中沒有雲，但我們知道雲一般是白色的，有時也會更暗。雲由懸浮在空中的水滴組成，因此它們是比分子和光的波長大得多的“物體”。在這種情況下，光仍然是向各個方向擴散的，但不管波長大小如何，它們的散射程度都是一樣的。另外我們還知道，所有波長的光合在一起就是白光，所以我們的眼睛看見的就是白色的雲。有時候陽光無法穿透厚雲層，下層的雲處在陰影之中就會顯得很暗。它們的大體積，尤其是它們的厚度阻礙了光線的通過，所以雲朵看起來是“陰暗”的。