生活中，我们会遇到许多的光源。这些不同种类的自然光源会与空气中的气体、灰尘颗粒、水等各种物体相互作用，从而形成千变万化的其他光现象。它们可能是由于各种散射、色散、衍射、干涉等原因形成的。

一天中不同色温的阳光

　　01光的散射

　　光的散射（scattering of light）是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。偏离原方向的光称为散射光。散射光波长不发生改变的有丁铎尔散射、分子散射；波长发生改变的有拉曼散射、布里渊散射和康普顿散射等。丁铎尔散射首先由J.丁铎尔研究，是由均匀介质中 的悬浮粒子（如空气中的烟雾、尘埃）以及浮浊液、胶体等引起的散射。真溶液不产生丁铎尔散射，化学中常根据有无丁铎尔散射来区别胶体和真溶液。分子散射是由分子热运动所造成的密度涨落引起的散射。波长发生改变的散射与散射物质的微观结构有关。

　　曙暮光：

　　在日出之前或日落之后，地平线处会出现一丝“红黄相间的线”，这是太阳落入地平线（或从地平线升起）时特有的光现象。

太阳落入地平线之后的光现象

　　它有属于自己的名称，叫做“曙暮光”。其次还有一个饱含诗意的别名——晨昏蒙影。

　　如果在生活中仔细观察天空，其实这种“美景”很是常见。它的出现是由于太阳在还未露出地平线之前，阳光照射到高层大气，被大气分子散射后而形成的。

　　朝霞和晚霞：

　　在日出前或日落后的天空之中，时常会出现五彩缤纷的彩霞。同样，这也是大气、云彩等对太阳光散射后而导致的现象。

落日晚霞

　　此时太阳光在大气中要走相对较长的路程，人眼所看到的直射光中只剩下波长较长的红橙光（大量波长较短的蓝光都被散射掉了，无法进入人眼），所以我们看到的彩霞也是橙红色的。

蓝天与晚霞形成示意图

　　瑞利散射产生蓝天：

　　光的散射现象有两种，第一种是瑞利散射。每当天空晴朗，万里无云时，阳光直接穿过空气中的各种分子（无其他杂质），可以直入眼底。

瑞利散射示意图

　　此时瑞利散射的作用主要体现在：将大量短波的蓝光散射掉，使整个天空显现为蓝色。

　　米氏散射产生白云：

　　另外一种散射叫做“米氏散射”，它主要是由大气中的微粒，比如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏散射对任何波长的光的散射程度都是一样的，所以太阳光通过各个微粒之后散射出的光是白色的。

米氏散射示意图

　　02光的色散

　　光的色散（dispersion of light）指的是复色光分解为单色光的现象；复色光通过棱镜分解成单色光的现象；光纤中由光源光谱成分中不同波长的不同群速度所引起的光脉冲展宽的现象。色散也是对光纤的一个传播参数与波长关系的描述。牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散，把白光分解为彩色光带（光谱）。色散现象说明光在介质中的速度v=c/n（或折射率n）随光的频率f而变。光的色散可以用三棱镜，衍射光栅，干涉仪等来实现。光的色散证明了光具有波动性。

　　彩虹就是太阳光沿着一定角度射入空气中的水滴后，所引起的一种较为复杂的色散现象（与太阳光通过三棱镜后产生七色光的原理一样）。

　　在这儿顺便与大家分享一个观看彩虹的小技巧：人背对着太阳，此时彩虹会出现在人体上空左、右侧40°的位置，也就是背对太阳时十点钟方向或两点钟方向。

双彩虹

　　偶尔大气情况极为复杂，还可以看见双彩虹（这是由于远近两层不同的水汽而造成的）。

　　03光的衍射

　　光的衍射也是光学的一个重要性质，比如生活中所说的“佛光现象”。光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学中直线传播定律的现象。几何光学表明，光在均匀媒质中按直线定律传播，光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。但是，光是一种电磁波，当一束光通过有孔的屏障以后，其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内，也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹 。总之，衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布，又区别于光波自由传播时的光强分布，衍射光强有了一种重新分布。衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象，150年以后，法国物理学家A.-J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。

佛光现象

　　佛光也是一种光的自然现象，它是阳光照在云雾表面，经过衍射、漫反射作用形成的自然景观（阳光将人影投射到云彩之上，云彩中细小冰晶与水滴形成独特的圆圈形彩虹）。

　　04光的干涉

　　若干个光波（成员波）相遇时产生的光强分布不等于由各个成员波单独造成的光强分布之和，而出现明暗相间的现象。例如在杨氏双孔干涉（见杨氏干涉实验）中，由每一小孔H1或H2出来的子波就是一个成员波，当孔甚小时，由孔H1出来的成员波单独造成的光强分布 I1(x)在相当大的范围内大致是均匀的；单由从孔H2出来的成员波造成的光强分布I2(x)亦如此。二者之和仍为大致均匀的分布。而由两个成员波共同造成的光强分布I(x)，则明暗随位置x的变化十分显著，显然不等于I1(x)+l2(x)。干涉现象通常表现为光场强度在空间作相当稳定的明暗相间条纹分布；有时则表现为，当干涉装置的某一参量随时间改变时，在某一固定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替的变化。

实验中的干涉现象

　　蝴蝶干涉形成颜色：

　　蝴蝶的翅膀表面有特殊结构，它也可以干涉光线的反射。从不同角度观察，颜色也会发生变化，这也是由于光的干涉而产生的色彩。

蝴蝶翅膀

文案 | 苏海琴

排版 | 王根成

校对 | 刘　震