第220期自然3分钟浏览 72
发布 · 杂学书库 别馆
冰是透明的,雪为什么是白的?
单个雪粒像玻璃一样透明,堆在一起却看起来是白色
雪是由冰组成的,冰块是透明的,可积起来的雪却是白色。光在雪里被反复弹射,所有颜色混合在一起再出来。
单个雪粒像玻璃一样透明
凑近看雪花,你看到的不是白色粉末,而是透明的冰晶。里面并没有白色颜料,每颗冰晶都像玻璃碎片一样清澈。它和从冰箱里拿出来的透明冰块是同一种材料。
只不过冰块内部连成一整块,光几乎原样穿过去。雪则是无数细小冰晶堆在一起,缝隙里还夹着空气。这个差别把颜色分了出来。用小锤把冰敲碎,透明的冰块很快就变白,也是同样的差别。
光被弹射后混合在一起
光每次穿过冰和空气的交界处,一部分被反射,一部分折射进去。雪里这样的交界数不胜数,所以光会四处弹射,最后大部分又从里面出来。这时冰对可见光几乎一视同仁,不管什么颜色都差不多同样地弹回去。所有颜色以相近的比例回来,人眼看到的就是白色。据说南极表面的雪,按波长不同,能把可见光的96%到99%弹回去,几乎全部都还回来了。
碎玻璃看起来是白色,也是同样的原因。有裂纹的冰块只有裂纹处发白,道理也一样。许多透明的面叠在一起,中间还夹着空气,光就变成了没有颜色的白光。
雪的深处会偏蓝
冰吸收红光比吸收蓝光稍微多一点点。在雪的表面附近,光只弹射几次就出来了,这点差别显现不出来。但是走过约一米路程的光,剩下的蓝光会更多。在雪里挖一个很深的洞往里看,有时能看到发蓝的光,原因就在这里。
所以决定雪的颜色的不是色素,而是光走过的路程。表面是白色,很深的地方会混进蓝光。放久了、颗粒变粗的旧雪反射回去的光比较少,所以看起来往往比新雪稍微没那么白。
雪之所以是白的,不是因为色素,而是因为各种颜色的光在透明冰粒之间被均匀地弹射出来。
整理与参考笔记 · NSIDC《雪的科学》、Caltech 雪晶FAQ. NSIDC《Science of Snow》、Caltech《Snow Crystals FAQ》、Phil. Trans. R. Soc. A 377(2019)《Optical properties of ice and snow》。蓝色只在约一米以上的深雪或厚冰里才会显现。
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