很多時候，霧霾給人們帶來的影響是非常消極的，比如呼吸道疾病、交通事故，甚至陰郁的心情。不過，有百害而無一利的事情是很少的，人們也期望霧霾能夠給生活帶來些許好處。
最容易被提到的一個好處就是，霧霾也許能夠“點綴”一下日落，使之變得更加美麗。想象一下，在中國北京、英國倫敦或者美國洛杉磯這樣霧蒙蒙的大都市，上班族們拖著疲憊的身體掙扎在回家的路上，這時，天際如果有一輪美麗的落日將一切烘托得暖融融的，那份愜意也足以告慰一整天的忙碌了……
想象雖然很美好，但現(xiàn)實是這樣的么?在下定論之前，我們先要談一談與日落有關的科學知識。
瑞利散射
我們知道，太陽是一個刺眼的“大白球”，向地球發(fā)出強烈的白光，而地球的天空是空蕩蕩的，只有大氣層中一團又一團的大氣分子，其本身并不會發(fā)光。所以，不論在清晨還是黃昏，天空本應該都是黑漆漆的，只剩下一個“大白球”孤零零的掛在那里。然而，我們平時看到的天空總會充滿美麗的色彩——中午藍色、黃昏橙色，而非單調的“黑布白球”，這是由于太陽光和大氣分子發(fā)生了一種叫做“瑞利散射”的相互作用，從而為天空“染”上了色彩。
所謂“瑞利散射”，指的是一種由英國科學家瑞利發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象。即，當光在傳播過程中遇到粒子時，如果粒子的尺寸小于光波長度的10%，那么粒子就會將光波散射到各個方向。太陽發(fā)出的白光，其實是一種復色光，由“赤橙黃綠青藍紫”這七種單色可見光混合而成。大氣層中的大氣分子，主要是氮氣、氧氣和少量二氧化碳分子，其分子尺寸遠小于可見光的波長。所以，太陽光穿越大氣層時符合瑞利散射發(fā)生的條件。
但需要注意，瑞利散射具有兩個非常重要的特點。首先，(符合瑞利散射條件的)光波的長度越短，那么它受到的瑞利散射的強度就越大，也就是說，藍光和紫光受到的瑞利散射最強，紅光最弱。其次，不同的方向上，光波受到的瑞利散射的強度也不同——在平行于光線(即沿著光線前進或者后退)的方向上，散射強度最強，在垂直于光線(即側向)的方向上，散射強度最弱。
天空“染色”
瑞利散射的這兩種特點，使天空在不同的時段“染”上了不同的亮度和色彩。
當太陽位于天空高處時——也就是每一天的中午，太陽光自上而下直穿大氣層，瑞利散射最強的方向(即光線前進的方向)正好指向地面，所以更多的藍光和紫光因瑞利散射而射入人眼。而且，太陽光的方向正對著地面，那么光在抵達地面時穿過的大氣層就比較薄，散射造成的損失少。所以，中午的天空常常顯示非常明亮的藍色——實際上是紫羅蘭色，只不過人眼對藍色比較敏感。
但地球是一個球體，當太陽在天空中移動時，太陽光入射地面的角度也發(fā)生了變化。等到了日落時分，太陽已經降到了地平線上，太陽光只能自西向東、以近乎平行于地面的角度掠射大地。這時，只有沿著瑞利散射最弱方向(側向)傳播的太陽光可以抵達人眼，而且，光在掠射地面時穿過的大氣層會比較厚，散射造成的損失大。由于藍光和紫光更容易發(fā)生瑞利散射，那么日落時分，因散射而損失的藍光遠比紅光更多，結果，天空剩下來的就只有較暗的紅光了。
那么，其余的太陽光去哪里了呢?其實，它們已經沿著瑞利散射最強的方向傳播，正忙著在地球的另外一個時區(qū)創(chuàng)造一處藍色的大白天呢。
溶膠“調色”
上述的一切都發(fā)生在晴空萬里的天空中——大氣層中只有氮氣、氧氣和二氧化碳，如果你把其他分子加入進來——比如霧霾中的分子，“畫面”很可能就變了。
科學地講，霧霾并不算是一個百分之百的“壞蛋”，它只是“霧”(液體)和“霾”(固體)兩個詞的組合，可以有很多不同的來源。比如，火山噴發(fā)可以將大量火山灰送上天空，產生濃重的煙霧;森林野火可以讓所有燃燒的物質向空中翻騰，搞得天空灰蒙蒙的。這樣的霧霾完全由自然界產生，主要成分是懸浮在天空中的形狀規(guī)則、濃度均勻的液體或固體顆?！纸凶觥皻馊苣z”。
氣溶膠的光學性質比較穩(wěn)定，這種自然界的霧霾只會與特定波長的光發(fā)生作用，產生瑞利散射或與瑞利散射相似的物理現(xiàn)象，有時候確實會使日落更加多彩。2019年，俄羅斯千島群島一處叫做“雷科克”的火山爆發(fā)，將大量火山灰和硫磺送入高空，在地球大氣層中產生了一個硫離子濃度很高的氣溶膠層。隨后數(shù)周，科學家在當?shù)貢r常目睹到紫色的日落。2008年，美國阿拉斯加州的卡薩托奇火山爆發(fā)，在當?shù)赝瑯右渤霈F(xiàn)了罕見的紫色日落。
科學家認為，這其實是由于火山噴發(fā)出的氣溶膠非常精細，可以使受到瑞利散射的藍光再次發(fā)生散射，使更多藍光投向地面。當氣溶膠散射的藍光與普通日落的紅光混合時，就“調配”出了漂亮的紫羅蘭色調。
污染“褪色”
不過，在大城市中，霧霾都是人為造成的，其自然成因可以忽略不計。人們通過工廠排放、煤電燃燒以及汽車尾氣等方式向大氣中輸入了太多粒子，比任何自然產生的粒子都要多得多。所以，這里的霧霾往往是由氯氟烴(溫室氣體)、碳氫化合物、硫酸和許多其他令人不快的污染物所組成的“大雜燴”。
由于成分混亂，城市污染所產生的霧霾中，粒子的尺寸都是不一樣的，但尺寸卻是影響粒子光學性能的決定性因素。那么，日落時分，當微弱的太陽光遇到大城市的霧霾時，后者很難會產生有效的瑞利散射，甚至，霧霾中有些粒子尺寸較大，以至于可以阻擋任何波長的光。結果就是，大城市里霧霾天的日落，天空很可能只是一片朦朧的灰色，陽光中所有的黃色、橙色和紅色在到達眼睛之前就已經被“散”開了。
所以，當你在北京或洛杉磯看到了一個特別多彩的日落，其實是因為那天的霧霾很輕，而不是很重。
