日落是宇宙中令人驚嘆的奇景之一，能夠觸動每個人類徬徨的心弦。從繪畫到詩歌、再到美麗的攝影作品，暮色四合的場景總能喚醒我們內心藝術的一面。但如果你有造訪火星的計劃，想在紅色星球上以欣賞一場壯觀的日落作為第一天的收尾，那你一定會大吃一驚的。

火星日落

2005年，在NASA的勇氣號火星探測車拍攝的一張火星日落的照片中，只見天空中懸掛著一輪呈藍白色的太陽，四周圍繞著一圈藍色的光暈，與地球上日落的場景迥然不同。

地球與火星的天空之間有種奇妙的聯繫。地球呈淺藍色，天空也以藍色為主，黎明和日落時分則逐漸變為橘紅色。而巧合的是，火星的天空則呈現橘棕色，在日落時會逐漸過渡為淺藍色。在兩顆行星的天空中閃耀的都是同一輪太陽，為何顏色會如此懸殊呢？

火星上的日落

電磁光譜

火星距太陽比地球要遠得多，因此從火星上看去，太陽要顯得小得多、也黯淡得多。

多台火星漫遊車收集的數據顯示，太陽從火星上看，會呈現為淺淺的藍白色。另外在日落時，太陽周圍似乎被一圈藍色的光暈籠罩，越往外顏色越淺，逐漸與灰紅色的火星天空融為一體。

但這種現象究竟是由什麼引起的呢？奧秘就隱藏在火星大氣層中。

大氣是如何影響太陽光線的？

太陽釋放出的電磁輻射呈譜狀分佈，範圍從高頻的伽馬射線一直到低頻射電波。其中有一部分可以被肉眼探測到，因此名叫可見光譜段。我們一般將這部分光線叫做“白光”，但它們其實可以被進一步分解為七種不同波長的光線，即“赤橙黃綠青藍紫”。

簡單來說，同樣的電磁輻射到達不同行星時的強度固然有所不同，但每顆行星上天空和太陽的顏色更是迥然相異。這是因為，除了陽光本身之外，我們所見的顏色還取決於另一個因素：光線穿越的介質。

光線與不同顆粒會發生不同的相互作用。遇到一個顆粒時，光線可能被吸收、也可能被反射、或者被散射出去。這些現象發生的程度取決於與光線發生相互作用的顆粒的性質。有些顆粒更容易使波長更長的紅色光發生散射，有些則更容易使波長較短的藍色光發生散射。因此，有些波長的光會在光線傳播的過程中被剔除出去，剩下的光線便決定了我們看到的是何種顏色。例如，外太空中沒有顆粒物可以散射或吸收光線，因此太陽在我們看來就是白色的。

為什麼地球上的日落呈紅色呢？這與一種名叫瑞利散射的現像有關。當顆粒物尺寸與光線波長相比很小時，就會發生這種現象。地球大氣中微小的氮氣與氧氣分子會使藍光發生散射，等到光線進入我們眼中時，就只剩紅光了。

因此要想弄懂火星上的日落為何呈藍色，我們首先要弄清火星大氣的組成。

火星大氣

光線在地球大氣中的散射

火星大氣密度只有地球的80分之一。在稀薄的火星大氣中，約95%的成分為二氧化碳，3%為氮氣，1.6%為氬氣，還有不到1%為氧氣。但火星大氣中還遍布著塵埃顆粒。火星表面被沸石、赤鐵、橄欖石、以及磁鐵石顆粒所覆蓋，這些是導致火星上藍色日落的主要原因。

如前文所述，光線的散射取決於顆粒大小。地球大氣中的顆粒物體積較小，因此更容易發生瑞利散射。但火星則不然，其大氣中懸浮的塵埃顆粒直徑介於400至700納米之間，幾乎與可見光波長相當，因此這些顆粒無法發生瑞利散射，而是會產生另一種光學現象——米氏散射。

米氏散射

米氏散射是大顆粒的主要散射形式。不同於瑞利散射，米氏散射與波長之間的關係並不大，而是更大程度上取決於光線方向。向前散射發生的概率比向側面或向後散射要大。

一般來說，各個波長的光線發生米氏散射的概率是均等的，但取決於顆粒大小和入射光方向，發生散射的波長也會有所不同。例如，火星大氣中的塵埃顆粒使紅光發生散射的概率就比藍光要大。再加上火星大氣中含有大量紅色的氧化鐵，火星的天空自然就呈現為紅色了。

藍色日落背後的科學原理

藝術家繪製的火星地形圖

我們在分析火星日落時會注意到兩項特徵，一是太陽本身呈藍白色，二是太陽周圍環繞著一圈淺藍色光暈。這種現象發生的原因又是什麼呢？

為何太陽呈藍色？

太陽在火星上看之所以呈藍色，是因為火星大氣會將偏紅的光線過濾掉。火星大氣中的塵埃顆粒大小正適合使紅光發生散射，因此相比於藍光，更多的紅光會被這些顆粒散射出去。

由於太陽光在日出和日落時傳播的距離最長，等到光線傳播至地表時，紅光幾乎已經消除殆盡，只剩下波長更短的藍光。這種現象名叫波長選擇性消光，也正是太陽呈現藍色的原因。

簡單來說，可以將大氣層想像為一塊陽光“濾鏡”。地球大氣更容易濾除藍光、留下紅光，火星大氣則更容易濾除紅光、留下藍光。

太陽周圍的藍色光暈是如何形成的？

太陽周圍的藍色光暈無法簡單地用波長選擇性消光來解釋。散射規律在這裡也發揮了重要作用。如前文所述，米氏散射在很大程度上取決於光線的方向，並且更容易向前散射。

因此當光線穿越火星大氣時，大多數光線都會以較小的偏斜角向前散射。所以我們見到的不是藍光沿著地平線均勻散佈，而是一圈面積較小、較為集中的藍色光暈籠罩在太陽周圍。

米氏散射更容易發生在向前的方向上（即入射光方向上）

從左至右分別為瑞利散射、中間米氏散射、完全米氏散射

此外，不同顏色光線的散射規律也有所差異。在前進方向上，藍光的強度幾乎高達紅光的六倍，因此在我們看來，離太陽越近、藍光就越明亮。藍光的強度在散射角為10°時達到最大值，隨著散射角增加，藍色波長的主導地位也會隨之下降。當散射角超過28°，紅光的強度就會更占主導地位，這圈光暈就這樣逐漸融入了暗紅色的火星天空中。

簡而言之，太陽的藍色由波長選擇性消光現象所致，藍色光暈則是太陽光線在米氏散射作用下發生角散射的結果。

我們能在地球上見到藍色的日落嗎？

可別以為只有在火星上才能見到藍色日落，事實上，地球上偶爾也能一窺這樣的景象。1883年印尼喀拉喀托火山爆發後，當地人就報告稱該地區的太陽和月亮變成了藍色，時間持續了一個多月。

同一時期，夏威夷的塞雷諾主教還報告稱，他看到太陽周圍有一圈藍瑩瑩的光暈，被一圈棕褐色的光環包圍著。這種現像也因此被稱作“主教的戒指”。

除了火山爆發外，藍色日落在沙塵暴頻發的阿拉比亞沙漠中也偶有報導。另外，森林大火有時也會創造出紅色的天空和藍色的日落。

結論

除了以上各項因素之外，火星日落的顏色在很大程度上還取決於我們的雙眼。只有等人類親自目睹之後，我們才能描述出火星日落的真正顏色。在此之前，我們只能依賴火星漫遊車傳回的照片、或者等著看地球上偶爾一見的藍色日落。