白云為什么是白色，烏云為什么是黑色？天空為什么是藍色，太陽為什么是紅色
散射有瑞利散射、丁鐸爾散射、拉曼散射之分。
“藍天”、“紅日”問題屬于瑞利
散射類，散射中心是氣體分子，其尺寸比光波的波長小三個量級。
“白云”、“烏云”問題屬于丁鐸爾散射類，散射中心是透明的液滴，其尺寸多半在微米與亞毫米之間，即與光波的波長相近，或是比后者大1～2個量級。
太陽的本色既不是紅色，又不是綠色，而是白色。維恩定律是揭示黑體輻射譜中最強的單色成分與溫度之間的對應關系，而不是說多色光引起的色覺由最強的單色成分決定。
“白”是多色光的綜合效果，是視覺效果。視覺意義上的多色光的“色”是屬于主觀的感覺，它與純客觀的單色光的 “色”之間沒有必然的聯系。彩電屏幕能顯示黃、橙、紫等種“視覺單色”，但這些色中實際上完全不含黃、橙、紫的單色成分，它們都是由紅、藍、綠三種單色成分按適當的比例配成的具有單色視覺效果的“三色光”。
紅、藍、綠三原色
瑞利定律（散射光強度反比于波長的四次方）是專對分子散射而言的。利用瑞利定律不難證明：白光受散射后，散射光中的藍光（約0.45μm左右）的強度是紅光（約0.65μm左右）的4～6倍。
白天除了早晨和黃昏時分以外，人們視野內的大氣基本上是受到白光的照射。晴天來自天空的光都是空氣分子的散射光，其中藍、靛、紫成分占80%左右。靛、紫兩種成分在太陽光中占的比例本來就不大，因而天空呈現藍色。
從上午8時至下午4時，太陽的直射光中遭到散射的部分是微不足道的。如果有哪個傻瓜愿意用肉眼直接看太陽，那么他看到的就一定是白色圓盤，不可能是“紅太陽”。但是在日出和日落之時，人們看到的太陽確實是紅色的，這是因為此時的直射光線要在幾乎與地面相切的方向上長距離地穿過稠密的大氣層，直射光中的每一種單色成分都按指數律衰減，短波成分迅速消逝了，最終自然是紅光占絕對優(yōu)勢。
盡管日出和日落之時的直射光是紅色的，但夕陽斜照下的白色墻壁不是呈現紅色，而是呈現橙黃色。這是因為墻壁不僅接受到紅色的直射光，還接受到來自天空的散射光。這時的大氣和云朵不是對白光進行散射，而是對已被濃密的大氣過濾過的以黃橙為主的直射光進行散射。散射光的光源亮度雖遠不及直射光的光源，但其面積遠大于直射光的光源。
白云和烏云都是由小水滴組成的。瑞利定律對小水滴不適用，因為該定律是以氣體分子的二次發(fā)射為依據的，而小水滴是比納米粒子還要大的無色透明的球透鏡。它的所謂“散射光”實際上是反射光以及經過幾次折射后的透射光。
白云和烏云在“含水量”方面會有些差別，但“含水量”的提法是有點含糊的，詞不達意。它可以被理解為整個云朵的含水量，也可以被理解為單個水滴的含水量。這兩種理解都有一定根據。烏云能布滿整個天空，白云卻做不到。由此可見，就總趨勢來說，烏云的含水量一般大于白云。但是，天空里的一絲云既可以是白云又可以是烏云，大片的云也有“白”、“烏”兩種可能性，夏日巨大的白云團能在一瞬間變成翻滾的烏云團，這就不能用含 水量來解釋了。如果“含水量”是指“單個水滴的含水量”，那就準確了。
從云的形成過程來看，烏云如果不是從別處飄來的，那就必定是由白云變來的。白云則不同，它除了可以從別處飄來或是由烏云變來以外，還可以在萬里晴空的背景上突然“創(chuàng)生”。藍天背景能在你目不轉睛的幾分鐘里由藍色變成粉藍色，再變成邊緣模糊的淡淡的白云片以至變成有清晰邊緣的白云朵，而烏云卻不能從藍天背景上突然冒出來。白云變成烏云多半是在雨前，烏云變成白云多半是在雨后。對此類現象的解釋是：夏日地表水在烈日下迅速蒸發(fā)，使空氣濕度越來越大；高空的溫度低于地表溫度，因而水蒸氣首先在高空到達飽和狀態(tài)和過飽和狀態(tài)；高空總會有一些灰塵，成為凝聚中心，使飽和蒸汽和過飽和蒸汽凝成細小的霧滴；霧滴足夠密集時，就成為肉眼可見的白云；霧滴越來越大，白云就變成為烏云；烏云中的水滴繼續(xù)變大，就變成雨滴；雨后空氣的濕度變小，水蒸氣重新回到不飽和的狀態(tài)，烏云中的小水滴開始蒸發(fā)，體積越來越小，這樣就使烏云變成白云；白云中的霧滴繼續(xù)不斷地蒸發(fā)，一旦全部汽化，白云就消失了，重新露出青天。
白云為何“白”？烏云為何“烏”？夏日白云團在一瞬間變成烏云團的例子最能說明問題。在這種突變中，總水量基本上未變，太陽光的投射角也基本上未變，顯眼的變化是“由白變?yōu)酢�。這種事情總是發(fā)生在雷雨即將到來之時，這就表明“由白變?yōu)酢笔撬巍坝尚∽兇蟆钡慕Y果。 烏云并不是無亮度的“黑云”，而是有亮度的，并且其散射光實際上也還是白光，與白云的散射光在光譜方面沒有差別，這是因為大水滴和小水滴對于可見光來說都 是無色透明球透鏡，散射光的顏色由入射光的顏色決定。一旦明確了這一點，我們就能利用“亮度”來對白云和烏云作定量的比較。
白云為何“白”？烏云為何“烏”？
就單個水滴來說，散射光在特定方向上的通量與入射光的通量之比應當是一個常數，與水滴的大小無關。但就整個云團來說，散射光的總通量與入射光的總通量之比就不是常數了。單個水滴的散射截面正比于線度的平方，體積和質量正比于線度的立方。這就意味著：在云團總質量和總體積不變的情況下，如果水滴的半徑增大一倍，那么單個水滴的散射截面就應當擴大為原來的4倍，而水滴總數則縮小為原來的1/8，意味著總散射截面是原先的一半。由此可見，如果白云團中的水滴是屬于微米級，烏云云團中的水滴是屬于亞毫米級（即100微米）,那么白云的亮度就應當是烏云的100倍。
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