與ChatGPT學習--大氣的吸收作用

更新於 2025/03/10發佈於 2023/03/11閱讀時間約 3 分鐘

大氣如何吸收可見光

在可見光被大氣吸收的過程中，最主要的因素是大氣中的氧氣、水蒸氣和臭氧等。當太陽光穿過大氣層時，它會與大氣中的水分子和氧氣分子發生相互作用。這些分子會吸收光的能量，並把能量轉化為熱能。這種現象被稱為吸收。這些氣體分子對不同波長的可見光產生吸收作用，因此對應的顏色光和波段也會有所不同。

氧氣：氧氣主要吸收波長小於 240 nm 的紫外線，因此不會對可見光造成太大的吸收。不過，在波長為 310 至 330 nm 和 650 至 750 nm 的範圍內，氧氣也會對一些藍色和紅色光產生吸收作用。
水蒸氣：水蒸氣主要吸收波長為 940 至 980 nm 和 720 至 820 nm 的近紅外光，因此對可見光的吸收作用也較小。不過，在波長為 500 至 600 nm 的綠色區域和 700 至 800 nm 的紅色區域，水蒸氣也會對相應的顏色光產生吸收作用。
臭氧：臭氧主要吸收波長為 250 至 290 nm 的紫外線，這是大氣中的臭氧層對紫外線的主要吸收區域。此外，在波長為 310 至 330 nm 和 600 至 700 nm 的區域，臭氧也會對一些藍色和紅色光產生吸收作用。

在相同的條件下，氧氣和臭氧對藍紫光的吸收幅度要比紅黃光大得多。這是因為藍紫光波長較短，能量較高，容易被大氣中的分子吸收和散射。相比之下，紅黃光的波長較長，能量較低，被大氣分子吸收和散射的程度較小。因此，在相同的條件下，大氣對紅黃光的吸收幅度比藍紫光小得多。

需要注意的是，除了上述主要吸收可見光的氣體分子外，大氣中還有其他成分也會對可見光產生一定的吸收作用，但吸收效應較弱。此外，由於大氣成分和條件的複雜性，各種氣體分子對不同波長的光的吸收效應也可能會有交互作用。

大氣吸收量

在可見光波長範圍內，大氣層對不同顏色的光的吸收程度不同。一般來說，紫色和藍色的光波長較短，因此受到大氣分子的吸收比較強，而綠色、黃色和紅色的光波長較長，受到的吸收較少。具體來說，以下是不同顏色光波長在大氣中被吸收的比例：

紫色和藍色光波長（400-500 nm）：在大氣中的垂直方向（垂直於地表）上，約有 50% 的藍色光波長被大氣吸收，而在斜向方向上，比如日落時的光線穿過更長的大氣層時，藍色和紫色的光波長被吸收得更多，因此太陽在日落時顏色會變成橙色或紅色。
綠色光波長（500-600 nm）：在垂直方向上，大氣中約有 20% 的綠色光波長被吸收，而在斜向方向上，綠色的光波長被吸收得更少，因此在日落時仍然可以看到一些綠色的光線。
黃色光波長（600-700 nm）：在垂直方向上，大氣中只有很少的黃色光波長被吸收，通常不到 5%。
紅色光波長（700-800 nm）：在垂直方向上，大氣中約有 15% 的紅色光波長被吸收，而在斜向方向上，被吸收的比例更低。

需要注意的是，上述數據僅是一個大概的估計，實際上吸收的比例會受到多種因素的影響，例如大氣壓力、溫度、濕度、大氣成分和光線入射角度等。此外，不同地區的大氣層狀況也可能導致吸收比例的差異。

以上全為ChatGPT所寫。

領航員小tips

從ChatGPT的回答我們可以看到，藍紫光這種波長短的相較於波長長的紅黃光在垂直照進地球時被大氣吸收的程度是成倍的增加。此外，上一篇也提到，短波長的藍紫光瑞利散射效應也比紅黃光強烈。更不用說在日落的時侯，由於經過大氣的距離增加，被大氣吸收以及散射的程度會大幅與紅黃光拉開，使得最終能進入到地表以及低層大氣主要只剩下長波長的光，由紅黃光主導我們所看見的日落顏色。

不過有趣的是主要吸收可見光的三種氣體，短波長的藍紫光只有氧氣和臭氧會吸收，而長波長的紅光卻是三種氣體都會吸收。在這情況下藍紫光被吸收的幅度依然比紅光強不少，水蒸氣的吸收量還真小呢(笑

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