138亿年前,超恒星巨大的、持久的热核反应,在超恒星表面逐渐形成了高质量数物质的积淀覆盖后,没有被成功甩脱成超恒星的卫星(超级大行星),而是引发了超恒星的猛烈爆炸,即宇宙大爆炸,完整的恒星体随着巨大的爆破声被分解成数亿亿颗小碎渣,也就是后来宇宙中的无数颗恒星,包括太阳。
太阳继续发生着热核反应,高质量数物质不断在太阳表层集中,因为这些物质不能均匀覆盖太阳表层,没能形成“炸药包”,而是分批次逐渐被甩脱出去,形成了离太阳远近不一的几大行星。
地球在56亿年前被甩脱的初期,是个熔融的“火球”,随着与宇宙能量的交换散失,形成了地壳(俗称的地球蛋壳)。蛋壳形成后由于地球内部热核反应较弱,没能形成剧烈爆炸,而是发生了断断续续的微爆,火山岩浆喷涌而出,形成了太古界地壳的破裂格局。
30亿年左右水彗星侧向撞击地球后,水彗星的大质量数物质滑脱至地球的绕行轨道,形成了月球。月球携带的水逐渐挥发于宇宙中,磁力较强的一面永久地面对地球,被地球磁场死死地缠住。而水彗星中的水及部分固态物质被地球接纳,形成了地球上的海洋。
海洋中的水继续施压太古界裂壳,造成地球的板块运动,形成了高山—海洋新格局。
蛋壳下的浅表酸性岩浆时不时窜出地表,造成早期的“火山爆发”,形成了很多流纹岩和花岗岩。等蛋壳发展到中生代以后,地壳越来越厚的时候,一颗超大流星撞击了地球,岩浆从地壳下较深的基性岩浆层流出或喷出,让地球人普遍知道了中生代及近代基性、超基性火山岩是咋回事。
水彗星撞击地球后,地球的平衡态失去了对称性。地磁南北极之间玩起了“小猫撵尾巴”,永久的自转起来。
于是,地球有了春夏秋冬!大地与天空变得五彩缤纷!我们的生活变得其乐无穷!
在太阳等自然光源的照射下,由于大气分子、气溶胶(液态或固态微粒在空气中的悬浮体系)和降水粒子的反射、折射、衍射和散射等作用会引起曙暮光、朝晚霞等一系列光学现象,它们往往是某种大气状态的反映。
曙暮光又称晨昏蒙影,指太阳位于地平以下时,阳光仍可照射到大气的高层,由于高层大气分子对日光的散射而使地面有一定的照度。在日出前称为曙光,日落后称为暮光。朝晚霞指日出前和日落后,主要在太阳附近的天空或云层上出现色彩缤纷的现象。
朝晚霞和曙暮光出现的时间都在日出日落之际,而且往往相伴而生,似乎难以区分,但二者其实是完全不同的大气光象。
黎明黄昏之际的曙暮光
气象学上,太阳从地平线上升起,意味着白昼的到来;而当太阳高度角落至地平线下18°之后,就进入了彻底的黑夜。气象学上的黄昏是指太阳落到地平线下,至高度角位于地平线下6°的这段时间。黎明可以理解为太阳从地平线下6°升至地平线的这段时间。而意味着昼夜即将交替的曙暮光则出现在太阳处于地平线下6°~18°期间。
曙暮光简单说就是阳光从地平线之下散射出来,照亮了低层的大气。通常,曙暮光会被人为分为三个等级:民用曙暮光、航海曙暮光和天文曙暮光。
太阳中心在地平线下成 6°角时称为民用晨光始或民用昏影终,从民用晨光始到日出或从日落到民用昏影终(即黎明与黄昏时段)的天际光称为民用曙暮光。当太阳位于地平线下6°至12°之间,以及地平线下12°至18°之间时,曙暮光分别被称作航海曙暮光与天文曙暮光。
如果不考虑天气及人为因素(云、灯光等),处于这三个阶段的天空亮度是依次递减的。三者各有适用群体。
民用曙暮光
民用曙暮光期间,天空仍然明亮,人们在户外还可以正常进行大部分活动。只有月亮、金星等非常亮的天体才能被看到。一些国家在法律上的判定也是把这段时间当做白天的。
太阳中心在地平线下角度约12°时,不用信号灯已不能辨别方向,这就是航海曙光的开始或暮光的终了。这期间星象陆续消失或陆续出现,在海上航行时可以通过测星定位来判断方向了。
航海曙暮光(图片来源:中国国家地理)
测星定位简单说就是通过测定三个以上的恒星高度(恒星与水天线的夹角)再查表、运算最后判定船所在的位置。而在航海曙暮光期间,既能看见恒星,又能看见水天线,是测星定位的最佳时机。
太阳中心在地平下18°时称为天文晨光始或天文昏影终,这时天空背景上开始显示或不再显示日光影响,即将呈现白天或黑夜的景象。
天文曙暮光
天文学家要观测的天体,有明有暗,较亮的目标是可以在曙暮光中观测的,如果观测的目标非常暗弱,则要在天完全黑下来的时候观测,否则这些天体会淹没在天光中,或者观测得到的亮度信号不显著。
天文曙暮光期间,天光已经十分微弱,如果没有什么光污染或者云的话,基本可以说已经进入满天星的状态了,很多天文观测已经可以开始进行。等到天文曙暮光结束时,太阳的影响完全消失,一些在极限状态下才能看到的暗星和其他深空天体也可以被观测到。
另外在天文观测中,深空摄影拍出的照片经常会边角变暗,或者出现灰尘的影子。而在天文曙暮光的时间范围内拍摄,可以消除这些干扰,拍摄出一种名为“平场”效果的照片。
南极白夜
曙暮光持续的时间和观测者的纬度位置有密切的关联。比如在赤道,日夜转换间的曙暮光持续时间只有20分钟左右。而在北极和南极,除了冬至前后的各一个月,曙暮光通常可以持续数小时甚至终日。整夜出现曙暮光的现象,称为“白夜”。
曙暮光时期由于天空光线有明显的颜色对比,所以水平面以上的天空非常好看,民用曙暮光最为多彩,航海曙暮光基本是白蓝两色的过渡,而天文曙暮光主要是由浅及深富于变化的蓝调。
但这些只有在大气很干净、天空很晴朗时才会看到,当大气变得很浑浊,尤其能见度低于5千米时,整个天空看上去都很灰暗。因此曙暮光的强度和颜色,与大气混浊度有很大关系。如果观测到曙暮光的辐射强度和颜色指数,也就可以间接获得其中的尘埃浓度。这种方式目前多用于研究平流层的火山灰和流星尘,也有部分研究用于观察和计算臭氧浓度。
朝霞不出门晚霞行千里
一般来说,在适合的天气条件下朝霞从民用曙光初现时开始映射;而当民用暮光终止时,晚霞就随着消失。大气中的水汽和灰尘含量愈多,朝晚霞现象就愈显著,一般而言,短时间内大气尘埃变幅不会太大,而水汽变化幅度较大,所以霞光与天气状况有一定的关系。
谚语中说“朝霞不出门,晚霞行千里”,为何朝霞有雨,而晚霞则为晴日呢?我国大部分地区春夏季多刮东南风,水汽充足。如果东方出现朝霞,表明了有大量水汽流向本地,将有系统性降水。而且,日出后气温不断上升,热力对流运动较强,再加上处于暖湿气流控制下,促使云层发展,容易在中午前后形成对流性降水。
晚霞出现一般表示西方天空没有大范围聚集的云层(或者云层已断开),这是系统性天气已过境的征兆。而且,晚霞处于日落前后,气温趋于下降,热力对流减弱,也就难以形成降雨。
但这句谚语一般指的是雨后乍晴之霞。如果是久晴之霞,则是“朝霞暮霞,无水煎茶”,久晴时空气干燥,一天当中既有朝霞又有晚霞,预兆未来仍将久旱无雨。
霞光的颜色
阳光穿过大气层,由于大气中空气分子、水汽、尘埃微粒对光的散射和吸收,使阳光受到很大衰减,各种不同颜色光衰减情况又不相同,因此,通过大气层后的阳光显示出不同的颜色,这些光再经过大气中散射粒子的散射,进一步增加了天空色彩的复杂性。
尘霾等较大颗粒会聚集在低空,较小的分子会在高空,而大气层顶部的物质甚至是更加微小的原子组成。越是小的颗粒,越容易散射蓝光,因此高空的颜色会很蓝。
越是大颗粒,越容易散射红光。在曙暮光时间内,阳光从地平线下方反向穿过大气层,饱含颗粒的底层大气将红色的光波充分散射,营造偏红、橙、黄等色彩的霞光,而且越接近地平线,霞的色彩越偏于红色。
剩余阳光中的仍有一些蓝绿色光波照射到高层大气被散射,因而有时能看到蓝绿色霞光。有时,高层大气散射的蓝光与低层大气散射的红光“重叠”进入人的眼睛,就会看到显示紫色的天空。一般来讲,在日出日落的方向上,从地面向天顶,霞的色彩排列是接近地面为红色,渐次变为橙、黄、绿、蓝各种颜色。
大气中湿度较大时,空中会悬浮着很多水滴,不同大小的水滴对各种颜色的光有不同的散射作用。例如,半径比光波波长小的水滴主要散射蓝色光;而半径在0.5微米至1微米区间的水滴主要散射红色光。因而大气中水汽含量越多,霞的色彩就越鲜艳。
大气中气溶胶粒子对霞光也有重要的影响,当粒子较大时,各种光散射的色彩将变得复杂,同时会较大衰减。当粒子很大时(比光的波长大很多时,如5微米以上),各色光就具有相同的散射能力,散射光仍是白色的。这时,霞光显得很弱,呈现出淡黄、淡红和灰的颜色。
大气中成份与状态随时在不断地变化,因而形成了变化万千的美丽彩霞。
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