從海盜號與探路者號火星探測器發(fā)回來的照片來看,火星的天空通常是黃褐色,在清晨和黃昏的時候則是稍微帶有一些粉紅色。
為什么會這樣呢?
其實,這和我們看到藍(lán)色的地球天空是一樣的道理。首先我們要明白,事物之所以會顯現(xiàn)出各種各樣的顏色,是因為陽光照射在它們上面所致。白色的陽光是由多種顏色混合而成,例如赤、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。太陽光照射下來時需要先穿過包裹在地球表面的厚厚大氣層,大氣中有著許許多多漂浮著的微小顆粒,其中既有氮氣和氧氣這樣的氣體分子,也有我們?nèi)庋鬯床灰姷墓腆w顆粒懸浮物。
英國物理學(xué)家瑞利發(fā)現(xiàn),半徑比光或其他電磁輻射的波長小很多的微小顆粒會對入射光束進(jìn)行散射,散射光的強度與入射光波長的4次方成反比,這種散射效應(yīng)在氣體中最為顯著。簡單來講,波長較短的藍(lán)光比波長較長的紅光更易散射。因此,當(dāng)太陽光穿過地球大氣層時,散射效應(yīng)最明顯的藍(lán)光就會發(fā)散開來,使我們看到了藍(lán)色的天空。
現(xiàn)在,讓我們把目光放回到紅色星球火星上來。由于火星上氣壓較低,因此非常容易產(chǎn)生塵暴,這就導(dǎo)致大量的塵埃長期漂浮在稀薄的大氣中,并對火星大氣的顏色起主導(dǎo)作用。根據(jù)海盜1號的探測,這些塵埃中大部分是褐鐵礦,此外還有大約1%的磁鐵礦。其大小不等,從小于可見光波長(0.4-0.7微米)到數(shù)十微米大的都有。
總體來看,小于可見光波長的氣體微粒與塵埃并不是特別多,因此瑞利效應(yīng)在火星大氣中并不明顯。較大直徑的顆粒則適用于米氏散射理論,即其會對不同波長的光線作均勻散射,使得天空呈現(xiàn)出類似地球上云朵一樣的白色來。
不過由于這些塵埃粒子還會吸收藍(lán)光,其最終結(jié)果就是形成了類似于黃褐色的火星天空。在清晨和黃昏時段,則由于太陽光從地平線照射過來的路徑比較長,紅色部分的散射效應(yīng)會占據(jù)主導(dǎo)地位,從而使得這個時候火星上的天空看上去是粉紅色或紅色。這與我們在傍晚往往看到橙色的地球天空是同樣的道理。
值得一提的是,在火星上部分大氣塵埃含量較少的區(qū)域,那里的天空和地球上一樣呈現(xiàn)出藍(lán)色來,并被稱為“藍(lán)霾(bluehaze)”。假設(shè)火星上沒有那么多塵暴的話,由于其稀薄的大氣,則會形成類似于地球上高緯度地區(qū)那種深藍(lán)色的天空。
有好多人,最初認(rèn)為火星的天空就應(yīng)該是紅色??墒秋@然結(jié)果并不是這樣,火星的天空是黃褐色。這就是宇宙中的有趣知識,一個我們不了解的世界。