为何冬季的日落如此绚丽？

周一 · 知古通今| 周二 · 牧夫专栏

周三 · 视频天象  |   周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|  周六 · 茶余星话 | 周日 · 太空探索

原作：Chloe Wilkins

翻译：刘海牧

校对：尹天任 王茸

审阅：缪征一

美编：周英杰

后台：胡永葳 

地球之所以有四季更迭，是因为地轴存在倾斜角度。当地球绕太阳公转时，地轴始终指向同一个方向。

图片来源：气象局

如果你生活在南半球，并且最近被某次日落美景所驻足停留，你可能已经注意到，最近的日落似乎变得更加绚烂夺目。天空中的色彩愈发明亮浓烈，在天际久久萦绕。

为何一年中某些时段的日落相比其他时段更 “美”？我们可以用科学知识来解释这一现象。

一场 “绝美” 日落的形成包含诸多因素，但最核心的三大要素是：晴朗的天空、较低的湿度，以及低垂于天际的太阳。

从光线到色彩

要理解为何在一年中较寒冷的月份里日落会呈现更为绚丽的色彩，需先从大气光学原理入手解析天空颜色的形成机制。

所有可见光本质上是具有波动性的电磁辐射，其波长范围决定了人眼感知的色彩。太阳辐射以白光形式抵达地球，实则是不同波长光的混合体，涵盖从长波长的红光（约 760nm）、橙光（约 620nm）到短波长的蓝光（约 450nm）、紫光（约 400nm）的完整可见光谱（380-780nm）。

光的波长决定了我们所见的颜色。短波长对应紫色和蓝色，而长波长则对应红色和橙色。

图片来源：DrSciComm/Wikimedia Commons, CC BY-SA

当太阳光穿过地球大气层时，会与大气中的气体分子（主要为氮气和氧气）发生散射现象。这一过程中，光被分子吸收后会以不同角度重新辐射（即散射）。由于散射强度与光波长成反比，短波长的蓝光和紫光相较长波长的红光、橙光更容易被大气分子散射。这正是晴朗白天天空呈现蓝色的原因——被散射的蓝光弥漫于整个天穹。

太阳的运行轨迹

正午时分，太阳高悬于天空，阳光近乎垂直穿过大气层，光线路径短且直接。而在日出日落时，太阳接近地平线，光线需以更倾斜角度穿越大气层，这使得光线路径显著增长。随着光线路径变长，阳光与大气中的气体分子碰撞机会增多，散射效应显著增强。在这一过程中，蓝光和紫光等短波长光线在传播过程中因散射逐渐损耗殆尽，而波长较长的红光和橙光受散射影响较小，得以保留并抵达地面，最终造就了日落时绚丽的暖色调景观。

冬季日落往往更为壮美，这与太阳在天空中的位置变化密切相关。地球自转轴并非垂直于绕日公转轨道面，而是有约23.5°的倾斜角度。以北半球冬季为例，此时地球自转轴向远离太阳方向倾斜，太阳在天空中的运行轨迹明显降低。相较于夏季，冬季太阳升起和落下时更贴近地平线，导致日出日落时光线穿过大气层的路径进一步拉长，散射作用更加强烈。同时，太阳位置的降低使得其处于地平线附近的时间延长，进而让冬季日落的绚烂色彩持续更久。

随着光线路径变长，阳光与大气中的气体分子碰撞机会增多，散射效应显著增强。在这一过程中，蓝光和紫光等短波长光线在传播过程中因散射逐渐损耗殆尽；而波长较长的红光和橙光受散射影响较小，得以保留并抵达地面，最终造就了日落时绚丽的暖色调景观。

空气质量

大气湿度与空气质量对冬季绚丽日落的形成具有关键影响，其中大气湿度的作用尤为显著。

相较于夏季，冬季空气湿度普遍较低，水汽含量显著减少。在潮湿的大气环境中，悬浮的微小水滴会对阳光产生散射作用。这种由水滴引发的散射与氮气、氧气分子造成的散射有所不同，水滴对红光、橙光等长波长光线同样具有明显的散射效果。

当空气湿度较高时，水滴引发的额外散射会削弱光线强度，使日落色彩变得柔和、饱和度降低，甚至出现色调淡化的现象。

而在干燥的冬季，大气中水滴数量大幅减少，阳光穿过大气层时受到的干扰显著减弱。这使得红光与橙光等长波长光线穿透大气时受到的干扰更小，其色彩能够更加鲜明地显现出来，从而造就更为清晰、绚丽的日落景象。

云层和空气污染会吸收、反射阳光，降低光线的透射率，导致我们看到的色彩变得黯淡，因此若想观赏壮观的日落景象，选择冬季的晴朗傍晚是绝佳时机。

下次在某个晴朗的冬日黄昏披上厚外套时，不妨抬头望向天空——或许一场震撼的光影盛宴或许正在上演。