彩虹在哪里?

一口气看了很多集《轻松熊与小薰》(Rilakkuma and Kaoru),可能是欣赏布偶动画的风格和温馨的家居设计,可能是喜欢小熏独立坚强也偶尔冲动可爱的性格,更可能就是最近只想做一只无忧无虑的轻松熊。不过,在看的时候,其实也发现了一个无伤大雅的小小的科学错误,就想顺便科普一下。当轻松熊它们看到彩虹的时候,彩虹出现在了太阳的同一侧,然而生活中并不是这样的。

看到彩虹后的一家人,这里阳光的影子似乎有点小问题

因为彩虹是由阳光的一次反射和两次折射形成的。阳光穿透空气中的水滴,因为水滴对太阳光折射中的色散效应,不同颜色的光被分开在了不同的角度上。这些不同颜色的光线再次经历一次反射与一次折射以后才是我们看到的彩虹,所以背着太阳才能看到彩虹呢。如果面对太阳, 直接透过小水珠看,那这些只经过折射的光其实形成的是光晕。光晕不容易被看到,因为面对太阳的时候,光晕就显得很不起眼了。因为彩虹的形成比光晕多出了一次反射,光晕的颜色顺序和彩虹也是正好相反的。

这周还被科普了奧伯斯佯謬(Olbers’ paradox),觉得特别好玩,在此分享给大家。问题是:为什么我们看到的天空不是无限亮的呢?更严谨地说,如果我们把宇宙分成一个一个同心球壳,每层贡献的亮度应该是一样的,那我们看到的总亮度应该是无限的。就如同你看一片一望无际的森林,我们看到的也应该是铺天盖地璀璨无比的繁星。我的第一反应是宇宙当中有很多尘埃呢,但是这个解释并不合理。如果尘埃一直挡住并吸收远处星星的光,那最终它们自己也会如恒星一般炽热并发出万千星辰一般夺目的光。其实有两个很重要的原因。首先,宇宙的年龄是有限的。所以我们能看到的宇宙的深度不会是无限的,这就解释了为什么天空不是无限亮的。但是,考虑到可观测的宇宙半径足有460多亿光年之远,夜空之所以会像我们看到的这样漆黑而深邃其实另有原因。而答案其实正是宇宙的膨胀。随着时间的增长,更多的空间被创造出来。在这空间里传播的光波就如同一根橡皮筋上的标记一般被拉长了。波长变长,能量就随之减少,那些原本应该炫目的星光也就变成了红外线甚至微波之类的低能不可见光了。这样想来,也许只需要通过看星星就能理解宇宙并不是牛顿所曾想象的那样永恒而无限。

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