正文 第八講 大氣層的光照

↓1.早晨、中午與夜晚時的太陽。

↓2.在黑暗房間中的太陽光與灰塵。

↓3.空氣,白天的散播者、直射光與漫射、在沒有大氣的情形下白天與天空的景象。

↓4.中午時候的星空、燒紅的炭放在光天化日之下、大氣層的亮幕遮住了我們的視線。

↓5.天空從來都不是空寂無物的、在日食時或是站在高山之巔時即使是白天也能看到星星。

↓6.煙囪和天文望遠鏡。

↓7.在夜晚時黑暗的天空實際上到處都布滿光線、我們看不到它們。

↓8.無盡的白晝、處於太陽照射中的地球。

↓9.在黎明或黃昏時分由昏暗狀態的持續時間推斷出大氣層厚度、空蕩蕩的深淵。

↓1.黎明的光線是清新的,它總是那麼明亮、那麼生機勃勃,將夜晚的黑暗與重重黑幕一併驅散,東方的天際鑲上了一縷絳紅與金黃。層層雲彩互相簇擁著,這時一道光亮噴射出來,大地在突然出現的耀眼光芒面前顫動了,這就是從地平線上升起的太陽,它從神聖的光輝中升起,變得越來越熱、越來越亮。它的光明先是灑到山峰上,然後從山峰再鋪滿平原,再從平原照進峽谷中,把清晨的霧靄驅散。峽谷中的霧氣就像被無形的手推上鄰近的斜坡,沿著它往上爬,在懸崖的邊緣處散開,分成一塊一塊,最後在溫暖的空氣中消失不見。這個時候正是萬物蘇醒的快樂時刻,燕雀們在枝頭鳴叫的時候;是揮舞著金色翅膀的金龜子們,躲在密密的山楂樹叢中嗡嗡作響的時刻;是原先耷拉著腦袋的花朵們挺立起來、向著白天綻放笑容的時刻;這個時候,心靈這種神聖的花朵,在對大自然的思念中完全清醒過來,它向著大自然致意,而在偉大自然面前,太陽永恆地遨遊在這無盡的太空中。

在正午時,太陽這顆至高無上的恆星抵達了它行程的最高點,抵達了天空中明朗寂靜的最高點。在這個時候,太陽光芒四射,四周環繞著一圈光環。在這圈光環面前,熔化的金屬所發出來的光都顯得蒼白無力。在萬丈光芒的中心,這顆發亮的星體在持續不斷地放射光亮。倘若眼睛投向這火球,只消一瞥,就馬上看不見任何東西,它投下讓眼睛難以忍受的光線,熾熱得能灼燒我們的眼瞼,它使樹木都籠罩在它的影子下,像穿上了衣服一樣,路邊的沙子在它的照射下,就像破碎的鏡片似的發出耀眼的光芒。層層的熱浪從太陽上陣陣襲來,垂直湧向大地,大地都似乎要被它烤熟了,光線逼人,穿過我們的身體,似乎要榨乾我們血管里的最後一滴血。正午的太陽是多麼壯麗啊!在橄欖樹上,知了在快樂的鳴叫,壁虎停在狗窩前,綠色的腹部一鼓一鼓,不停地喘息著。太陽雖然晒黑了我們的臉,但也使得農作物成熟,它讓我們去讚歎它,因為它是萬物之父,為了看到它,楊樹將枝葉伸向高空,為了看到它,苔蘚從懸崖的縫隙中鑽出來。

傍晚到來了。太陽這顆火紅的圓輪掠過層層的雲團,開始下落,穿過像著了火一樣的西邊天空,向著地平線降落下去。夕陽像絳紅的腰帶一樣斜照在水面上。太陽到達天際,對我們來說太陽落山了,但在另一個半球太陽正在升起;太陽隱入最遠處的山中,它正在消失,它已經消失了。明天我們會看到一個新的太陽!它像今天一樣耀眼!它從來沒有熄滅過,從來沒有消亡過,否則今天就是世界末日了。

↓2.為了白天能夠到來,太陽的耀眼光輝必須有個中介。毫無疑問,太陽這顆恆星是一切光明之源;但僅僅只有太陽,它並不能產生我們所說的白天。這是下面我們要論述的。我讓你們首先回憶一下,太陽的光線,它能穿過昏暗密閉的房間里百葉窗的縫隙。你們都知道,一道光線會形成一條光束。在這條光束中,會有許多灰塵小顆粒懸浮在空氣中,它們自由浮動並且發出光亮。倘若我們活動一下,使得更多的灰塵小顆粒涌動起來,那麼這條光束就會變得更加明亮。相反,隨著漂浮於空中的灰塵小顆粒逐漸靜止下來,這束光也會變得越來越暗。因此,太陽的光束在傳遞的過程中,它遇到的灰塵顆粒的多少影響著這束光的明亮度。雖然我們知道這些顆粒並不是發光的原因。當我們處於黑暗的角落,即光線不能到達的地方時,這些灰塵能夠讓我們看到光亮。如果沒有這些灰塵,我們就看不到這些光束。每一粒灰塵,當它接觸到光線時,就會發光,成為一個發光的亮點。它像一面小鏡子一樣,向我們傳播照射在它身上的光亮。如果在一束光傳播的路徑中,沒有灰塵顆粒,那麼當我們處於陰暗角落來觀察這束光時,不能說我們就完全看不到這束光,而是它會變得非常微弱。嚴格來說,如果光束的傳播路徑中沒有任何東西,一點也沒有,那麼我們就完全看不見這束光。但是,總是會有一些物質,總是會有一些空氣,會在光線傳播的路徑中出現。從我們所處的觀察角度來看,空氣可以被看做是最最精細的灰塵顆粒。當不存在顆粒更大的物質時,正是空氣使得我們能夠看到太陽的光束。那麼,當所有的顆粒,甚至是空氣都沒有的時候,我們不要從側面去看,而是正面對著光線,那麼仍然可以看到它。因此,我們能夠感知到光,只有兩種情況:當它進入我們眼睛時,或是當我們看到某種被它照亮的物質時。

↓3.在地球的周圍,環繞著一圈大氣的海洋,那就是大氣層。它在白天的時候顏色比較淡,呈現為一個藍色的穹頂。這個厚厚氣團上的每一部分,都被太陽照耀著,就像我們所看到的光束中的灰塵一樣閃閃發光。它將照在它身上的光線散發開來,通過折射傳遞給我們。這樣,這些光不僅僅是直接從光源即太陽到達這裡的,而是從整個天頂均勻地灑向我們的。我們將這種大氣層散發的光叫做漫射光,而將從太陽直接照射下來而不經過中介的光稱為直射光。當我們在房間里,當我們處於陰影中,或是當天空布滿烏雲時,我們是被大氣層光線即漫射光照亮的。在太陽下,我們就是被直射光照耀著的。因此,在白天,空氣是陽光的主要散播者。只要是空氣能夠到達的地方,空氣就會將太陽的折射光以漫射光的形式帶到那裡。這些大氣層中的折射光經過了多次反射,於是就把大氣層給照亮了。在沒有空氣的地方,只有在太陽光的直射下才會有白天。在沒有漫射光的時候,所有不能直接接收到太陽光、或是接收到地面反射光的地方,都處於完全的黑暗之中。在這種情形下,光明與黑暗的分界線是非常清晰的。這邊是白天、那邊是黑夜,或者這邊是黑夜、那邊是白天,不會有白天逐漸過渡到黑夜或是由黑夜過渡到白天的變化。在這種情形下,往前走一步,或是往後走一步,我們就進入光亮之中或是陰暗之中。在這種情形下,在凌晨,沒有任何準備動作,白天的光明就緊接著夜晚的黑暗到來了,第一道光明會突然地從東方迸射出來。在這種情形下,在夜晚的時候,當太陽從地平線上消失在天際時,黑暗就隨之而來,這就像在一個關著的房間里突然把燈吹滅一樣。在這種情形下,我們住的房子,除了面向太陽的一面,其他朝向的面即使在在正午時,也會漆黑一片。房子中陰暗的地方,也不再是半明半暗,而是完全黑暗的。地上的物體,當它們不再被明亮的空氣所籠罩著時,那麼在它們的發亮部分與不發亮的部分會有一道清晰的分界線,就像處於黑白幻燈中變幻不定、黑白分明。在這種情形下,天空不再是蔚藍色,而會變成厚重的漆黑色。在墨黑而單調的背景中,太陽發著光,但不再光芒四射。無論是中午還是午夜,我們都能看到星星掛在天上。

↓4.在正午能夠看到星星,那麼,一整天星星都掛在天空中了?是的,確切來說,是大氣在白天的漫射光妨礙了我們看到星星。對於這個問題,我們在下文中做一些解釋是非常有必要的。

從火爐中火拿出一塊火紅的炭,在黑暗的地方觀察這塊炭,那麼,我們看到它會發出紅的光芒。可是如果我們把它放到光天化日之下來看,它就不會那麼又紅又亮了,它似乎冷卻了。倘若沒有人提醒你它的溫度很高,但是你用手指碰一下就會知道它很燙。我們再把它放到黑暗的地方,在那裡,它似乎又重新恢複了生氣,又重新變得熾熱,它又跟以前一樣地發紅髮亮了。但當我們重新又把它放到光天化日之下,它似乎又暗下去了。我們用一根蠟燭的火焰來做實驗,觀察到的結果也是一樣的:在黑暗處,它能發出光亮;而在陽光下,則幾乎看不到它的亮度。毫無疑問,無論是在太陽底下還是在陰影之中,通紅的炭與燃燒的蠟燭,它們的亮度並沒有改變。在太陽底下,它們的亮度似乎會變弱,以致我們看不到它們在發光,這是由於我們的眼睛受到太陽光的極強刺激,就不再感受到炭與蠟燭相對微弱的光線了。視覺就跟其他的感覺能力一樣,當它受到另外一種更強有力的視覺刺激時,那麼對一些微弱的刺激就不再有明顯的反應了。

當然,在白天時,大氣層被太陽照射而發亮,而星星要把它們發出的光傳遞給我們,就必須得通過發亮的大氣層。根據我們以前的實驗,我們馬上就知道會發生什麼樣的事情。由於發亮

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