為什么月亮在地平線是紅色在天頂卻是白色的？當(dāng)來自天體的光（或者更具體地說，稱為光子的光束，月亮表面是來自太陽的反射光）穿過地球大氣層時，它會通過地球大氣層中的粒子散射掉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些粒子比紅光更“喜歡”分散藍光，所以“藍”光子（波長較短的光子）趨向于散射，而“紅”光子（波長較長的光子）直接通過照射到地面。因此，天體從地球上看起來比從太空上看起來更紅，因為來自天體更紅的波長要比那些更藍的波長更容易穿透大氣到達地面。順便說一下，這就是為什么天空是藍色的原因：來自太陽的藍光散布在地球的各個方向上。 但是，這又如何解釋月球的偶然發(fā)紅嘞？ 大多數(shù)人可能已經(jīng)注意到它們總是在月亮接近地平線時會出現(xiàn)紅色的。 如果你想一想，當(dāng)太陽或月亮在地平線上時，陽光或月光必須穿過最大的大氣層含量才能到達你的眼睛（請記住，那個大氣層是地球周圍的球體，水平上的大氣含量最多）。 因此，當(dāng)太陽或月亮在地平線上時，你會發(fā)現(xiàn)“更多”藍光從陽光或月光中散射，比起在頭頂上的，這就會讓天體看起來更紅。 換句話說，太陽或月亮在上升或下降時往往看起來呈橙色或紅色，因為這是由于光線必須穿過最大的大氣含量才能到達你的眼睛。 當(dāng)太陽或月亮前面有薄云時，效果會加劇：云層本身也會發(fā)出明亮的粉紅色，因為它們很容易散射出藍光。
該圖顯示在大氣中，相對于紅光，藍光的散射光比例比較大。圖：The original uploader was 出于同樣的原因，這與天空是藍色的原理一樣：瑞利散射（Rayleigh Scattering）。瑞利散射是半徑比光或其它電磁輻射的波長小很多的微小顆粒（例如單個原子或分子）對入射光束的散射。瑞利散射在光通過透明的固體和液體時都會發(fā)生，但以氣體最為顯著。在大氣中，太陽光的瑞利散射會導(dǎo)致彌漫天空輻射，這也是天空為藍色和太陽偏黃色的原因。
瑞利散射在日落之后更加明顯。這張照片是在日落后，大約一小時在500米海拔高度拍攝，方向?qū)χ诘仄骄€上的太陽。圖：Rnbc 清澈的白天天空是藍色的，它是因為大氣分子優(yōu)先散射較短波長的光。紅色和紅外線可以直接穿過并撞到地面上，所以這就是你看不到太多紅光的原因。 但是在黎明或黃昏附近時，陽光必須通過幾倍厚的大氣層中的空氣才能到達我們?nèi)庋?。?dāng)其光穿過時幾乎所有的藍色都被散射到各處了（對于其他人的白天），因此只給我們留下了紅色的光。 要清楚，你在中午看不到太多的紅光，是因為紅光直接從太陽傳播到地球的，除非你能看到太陽的本身，由于其強光的原因，你只有永遠不要攔截你的眼睛才能看見，這樣做的后果是失明。你會看到藍光的原因，是因為它是散射的，因此藍色光子不斷從各個方向擊中你的眼睛。如果大氣沒有散射光，你根本看不到它，白天的天空會像月亮一樣黑暗。 當(dāng)大氣被極細的灰塵，煙霧或海鹽或冰晶污染時，瑞利散射會被夸大，但當(dāng)它含有較大的顆粒時，所有頻率均勻分散，因此天空可能會呈灰色甚至白色。 為什么月全食時月亮的顏色是紅色的？月全食發(fā)生時，月亮表面的顏色看起來是近乎暗紅色的。我們前面提到過，乒乓球比作月亮，模擬出其表面卻是近乎純黑色的。那么，為什么啦？因為籃球沒有大氣層，在月全食發(fā)生時，地球有大氣層。太陽光傳過大氣層折射后到達了月亮表面，從而形成暗紅色月面。 在生活中，相信大家經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，一根筷子插入水中，筷子在水中看起來（和空氣中不一樣）是偏折的。這是因為，光線進入不同介質(zhì)（水）造成的。光線在同一介質(zhì)中（如空氣，太空）是直線傳播的（這里不考慮引力影響），但是從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)時，就會發(fā)生折射現(xiàn)象。 在月全食時，太陽光線首先會從太空中進入地球大氣層中，發(fā)生一次向內(nèi)折射，折射后的光線又從大氣層中傳播到太空中去，又會向內(nèi)折射，有點像凸透鏡那種原理。兩次折射的光線向內(nèi)（向地球本影內(nèi)）很多，所以基本上一些光線會照到月亮表面上，這和在地平線時看見的“假”太陽位置類似。因為太陽光中紅色的光線波長比較長，“穿透力”強，基本不受大氣層中（顆粒分子等）散射影響而直接穿過地球大氣層照射到月面上，其它波長顏色基本散射了，無法到達月面。我們熟知的藍天就是容易受分子顆粒散射的短波長藍色光線造成的。因此，太陽的紅色光線就照到了月面上，使得月面呈現(xiàn)暗紅色。不過，有時候由于地球大氣層影響的復(fù)雜條件而使得照射到月面上的顏色有所不同，如深紅色、橙色等不同顏色。這個復(fù)雜條件，有當(dāng)時大氣層的天氣空氣條件等，如陰天，霧霾等等，都會影響月全食時月亮表面的顏色。
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