认真阅读Q1-Q3你会对太阳的颜色产生新的认识

Q1

为什么太阳看起来是黄色的，但发出的光是白色的？

by 匿名

答：

太阳辐射本身并不是白色的，甚至在不同的位置颜色也不同。我们平常说的“太阳发白光”的含义应该理解成“晴朗白天海平面附近看到的太阳光是白色的”——这种光用来做牛顿的三棱镜实验就会看到七彩的色散。那么晴朗白天太阳看起来是什么颜色呢？经验上我认为是白色的，至于有没有偏黄，我实在没办法“张目对日，明察秋毫”。

不同位置的太阳辐射谱

那么太阳什么时候显黄色呢？并不在晴朗白天，而是在晨昏，或者雾霾天。为什么这些时候看过去太阳发黄呢？这就涉及到了瑞利散射。

光在传播过程中遇到微粒会被散射到其他方向。如果微粒大小与光波长相近，并且散射的具体行为与频率有关[此处省略若干公式]，那么这种散射就被称为瑞利散射。大气对阳光的散射就是这种情况。散射最强烈的波长刚好对应蓝紫色光，也就是可见光中的短波成分。晴朗白天，太阳辐射经过大气的散射以后，损失掉了一些短波成分，到达地面看起来是白色。晨昏时阳光在大气中穿越的距离变长，损失的短波成分更多，太阳就显出长波段的红到黄色；雾霾天大气中微粒浓度变大，散射能力变强，阳光损失的短波成分也比晴天多，太阳看上去也是黄色。

by 藏痴

Q.E.D.

Q2

手机相册中滤镜的原理是什么？

by 崔九

答：

想要明白滤镜是怎么工作的，首先要知道彩色照片在我们的手机里是怎样储存的。我们用手机拍摄的一张彩色照片是由几百万个像素(pixel)组成。照片的每个像素点都是一个有特定颜色的小方块，这些像素拼在一起，组成了一张彩色照片。在手机内部的存储中，对于每一个像素，它的颜色都可以由三个数字(R,G,B)来唯一确定，R,G,B分别对应着红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三个通道的颜色。R,G,B三个数字的取值范围是从0到255，0代表最暗，255代表最亮。这样三个数字的不同组合就代表着不同的颜色，例如代表红色的三个数字是(255,0,0)，绿色是(0,255,0)，黄色是(255,255,0)，而白色是(255,255,255)。如果想知道更多颜色对应的(R,G,B)数值，你也可以戳图片下的链接来查询。

RGB颜色查询对照| 图源网络

滤镜的本质就是颜色的变换。我们可以把一个像素的颜色看成是三维空间上的一个坐标点，颜色变换就相当于是三维空间中从一个坐标点到另一个坐标点的映射关系。也就是：

F:（R,G,B）--->（R&39;,G&39;,B&39;）

举个例子，我们想给一张彩色照片加上黑白滤镜，即让它变成R=G=B的灰度图像，一种简单的方法就是把每一个像素的（R,G,B）三个数通通都映射到K=0.30R+0.59G+0.11B。其中，RGB前面的系数来源于三原色对人眼的刺激程度，就好像在上图中，绿光看起来比红光和蓝光都亮，但其实它们在屏幕上辐射出的功率是差不多的。这种映射很符合人眼对明暗的感觉，目前广泛应用的高清视频标准PAL/NTSC制式采用的正是这种方法：

F:（R,G,B）--->（K,K,K）, K=0.30R+0.59G+0.11B

黑白滤镜效果图 | 图源pexels，答主后期处理

像这样，我们就自己就实现了一个黑白滤镜的功能。类似的，程序员已经把一些写好的颜色变换程序放在手机的相机软件里，我们只需要动动手指，就可以给照片加上好看的滤镜了。当然，大部分相机里的滤镜效果实现起来并没有这么简单，颜色变换的映射关系可能是通过复杂的数学变换来实现的。

那么，我们怎么设计一种滤镜，把太阳变成绿色呢？我们试着把太阳照片每个像素的（R,G,B）中代表红色和绿色数字交换一下：

F:（R,G,B）--->（G,R,B）

绿色的太阳 | 图源pixable，答主后期处理

经过这样的简单操作，照片中的太阳就变得绿油油了。

by childe

Q.E.D.

Q3

如何把太阳变成绿的？

by 匿名

答：

首先提问，太阳是什么颜色的？（好吧，刚刚Q1答的就是这个）

跟着Q1认真探讨的结果是，太阳在一般情况下白色的，它会或多或少地发射出各种颜色的光。事实上，它发出除伽马射线以外的所有频率的电磁波，包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外波和X射线。太阳之所以发出所有这些颜色，是因为它是一个热体，通过热辐射的过程发出光。白炽灯发光就与太阳发光原理类似。

如果硬要探究太阳光是偏向于某种颜色的话，根据ASTM地面参考光谱标准，知道太阳光在进入地球大气层之前在太空中的真实颜色含量应该会更有说服力。事实是，太空中太阳光谱的波长分布，在紫色达到峰值。但是，重点来了，如果把它当作一个黑体（不是非常精确），根据黑体模型，太阳的峰值频率就是绿色的！所以我们甚至不用做什么太阳他自己就已经绿了（手动狗头）。

空间中的太阳光光谱与波长的关系 | Christopher S. Baird

但是，作为一个地球人，我们还是离不开大气的，被大气层过滤的太阳光就略有不同。根据瑞利散射，大气层对各种波长的光散射是不同的，比较容易散射的是蓝紫色。因此，看起来阳光比太空中的阳光偏红。而在日出和日落阶段，我们看地平线的太阳时，它的光线穿过比平时多得多的大气层，就会变得更加红。

另外，大气中如果有许多烟雾颗粒的话，它们也会促进更多地散射，从而呈现出相对更多更长波长的光，即看到太阳就会变得更加红了。

最后值得一提的是，现实生活中，绿光还真是存在的，就像下面这张图显示的那样。在日没之后和日出之前，如果你当时恰巧正在视野开阔的地方，你会发现，在太阳的上边缘或是日落点的上方，可以看见会维持短短几秒的绿光或绿色的光斑。究其原因，是由于光线在大气层内的折射：光线在密度较高的低层传播速度比在稀薄的高层要慢，因此阳光在大气层内的传播路径是弯曲的，弯曲的方向与地球的曲率方向是基本相同的。而各色光折射率又不同，高频光（蓝绿）的路径比低频光（红橙）更为弯曲，所以日落之后，红橙光还搁那儿被圆圆的地球挡着的时候，绿光（问就是蓝光更容易被散射）依然能在上边缘被看见。

见者三天内都不犯错好运连连

最后的最后，还是看看childe同学的回答用一个滤镜可能最靠谱好实现。

有了它你甚至可以把那玩意儿搞成绿的。

参考资料：

[1]2000 ASTM Standard Extraterrestrial Spectrum Reference E-490-00

[2]程守洙等:《普通物理学（第七版）下册》, 高等教育出版社

[3]Green Flash

by 十七

Q.E.D.

Q4

什么是音爆？

by 老田

答：

音爆：以音速或超音速运动的物体，在与周边空气剧烈摩擦过程中，产生空气剧烈振动以及同时产生的爆破式的巨大响声。

以飞机产生音爆为例：当飞机在空中做超音速飞行时，头部会形成激波，激波形成的音锥向外传播时会相互干扰，最终汇集成一道包罗机头的前激波和一道尾的后激波。被飞机的两道激波波及的任何空间和物体均会感觉到这种强烈变化反映到地面人的耳朵里，使耳膜受到突然的空气压强变化，感觉是巨响，这巨响即为音爆。

音爆的形成和传播 | 参考资料[1]

飞机音爆图|百度百科

参考资料：

[1]冯晓强,李占科,宋笔锋.超音速客机音爆问题初步研究[J].飞行力学,2010,28(06):21-23+27.DOI:10.13645/j.cnki.f.d.2010.06.005.

by just_iu

Q.E.D.

Q5

为什么动物饭前便后也不洗手（狗狗还会吃），到处舔也不生病，人为什么不行？

答：

看到这个问题后，我立马想到了最近看到的一则新闻:“世界上最脏的男人”在第一次洗完澡几个月后去世，享年94岁。

Amou Haji | AFP/Getty Images

你们知道这位Haji老人几十年来是怎么过的吗？他几十年来一直不吃新鲜食物，不洗澡洗衣服，甚至经常吃腐烂肉类和未经消毒的水，抽着装满动物粪便的烟斗，吃生的豪猪。就是这样的一种习惯也让他活了将近一百岁（回顾问题其实人也不是不行）。寄生学专家评测其身体后得出结论说，“强大免疫系统的逐步发展强化可能是他一直保持相对健康的关键”。

我想，这个问题的答案也许就能用Haji的例子很好地说明，正是因为Haji的身体一直处于一个平衡状态，所以他会如此长寿。狗狗实际上并不具备比我们更能免受某些环境污染危害的“特异功能”，由于自然选择的因素，那些生病以及死于吃不干净东西的个体可能早就被淘汰了。由狗及人（真没有骂人），人类的免疫系统其实还算可以，依靠着从古自今培养起来的免疫系统，我们的身体其实已经可以在每天面对大约60000种细菌和病毒后仍然“临危不惧”，依旧可以正常“搬砖”而非倒下，原因就是人们已经建立和保持了一定的病毒耐受性系统。

当然，某些人可能生活在我们认为不卫生的条件下，但他们并不会生病。比如说，前往没有很好卫生条件国家旅游的我们可能会因为喝了那边的水立马生病，但是当地居民却没有受到很多影响，因为他们在平常的生活中已经适应了当地环境，对区域性细菌或病毒感染产生了免疫力。

当然，不得不提另一个客观因素，那就是对狗狗来说，它们的胃酸强度大约是我们的100倍，这意味着它们可以迅速分解蛋白质，并且在软化人类无法消化的骨骼物质等方面非常有优势。这也是狗狗可以处理比人类更多污染的原因之一。

但是这并不代表狗狗就“百毒不侵”，我们就可以随便喂它们东西吃了。一般来说，以下食物对狗狗来说都是不安全的：冰淇淋（许多动物都有乳糖不耐症）、巧克力（含有一种叫做甲基黄嘌呤的物质对狗有剧毒）、洋葱大蒜等葱属食物（使其心率加快、体力下降和器官系统破坏，但是因为延迟反应不会立马显现）、杏仁（可能阻塞食道甚至撕裂气管）。

狗狗听了都开心

最后想告诉大家的是：狗狗是人类的好朋友，请善待它们。因为我们也不会“汪汪语”，所以即使它们某一刻躲起来或只是一动不动，我们也不会立刻知道他们是不是生病了。

参考资料：

[1]“World&39; s dirtiest man”dies in Iran at 94 a few months after first wash.

[2]Lui CY, Amidon GL, Berardi RR, Fleisher D, Youngberg C, Dressman JB. Comparison of gastrointestinal pH in dogs and humans: implications on the use of the beagle dog as a model for oral absorption in humans. J Pharm Sci. 1986 Mar;75(3):271-4.

[3]Human Foods Dogs Can and Can&39; t Eat. (2019).

by 十七

Q.E.D.

Q6

洗发水和沐浴露能换着用吗？

by 匿名

答：

其实“原理”上可以，但极不推荐。

首先它们的基础物质都是“表面活性剂”。那什么是表面活性剂呢？即加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。表面活性剂的化学性质为有机化合物，具备两亲特性：极性的亲水（也称“疏油”） 基团和非极性的亲油（也称“疏水”）基团。

以最常见的表面活性剂月桂醇硫酸酯钠SLS为例：

表面活性剂 | 图源：bilibili@柴知道

SLS发挥作用时亲油基团一端会和身体或者头发上的油性物质接触在一起形成胶束。在胶束中，表面活性剂分子的疏水基聚集构成胶束内核，亲水的极性基团构成胶束外层。正是由于胶束外层的亲水性所以很容易就能被水冲走。

这样身上或者头发无论是油性的脏东西还是非油性物质都被冲洗干净了，这也就是“原理”上可以。

但是由于身体皮肤和头发的差异性所需要的表面活性剂的“厉害程度”就不相同了。以溶于水的表面活性剂的电学性质作为分类标准，可以分为阴离子型、非离子型、两性离子型以及阳离子型表面活性剂。阴离子型的表面活性剂可以用于洗发水，而它对皮肤的刺激比较大，所以洗面奶（沐浴露）就会选用非离子型的表面活化剂。

最后对于洗发水或者沐浴露都会添加一些特定的功能物质，比如洗发水中的去屑物质，沐浴露中的乳化物质，所以如果混着用这些功能物质就无法发挥作用甚至是反作用，所以极不推荐混着用。

Tips：无论洗发水还是沐浴露，找到自己合适的才是最好的！

参考资料：

[1]杨秀芬.洁面产品用表面活性剂的分类及应用[J].日用化学工业,2022,52(06):656-663.

by just_iu

Q.E.D.

Q7

为什么风大时不带头盔骑车头发会被吹成中分？

by 匿名

答：

当然是因为，“吹呀吹呀，我的骄傲放纵?”

要回答为什么头发会被吹成中分，首先让我们来看人类头颅的形状，以大头儿子为例，人的头，尤其是头盖骨附近可以近似看成一个椭球面。

大头儿子 | 图源：百度百科

再将头发视为固定在这个椭球面上某一点的一根细线,如下图中带箭头的线段，则我们得到了简化的头发-头盖骨模型，简化为下图右侧所示：

头发-头盖骨模型（从脸的侧面看） | 制图：Callo

图中黄色箭头代表迎面吹来的风，在风的作用下，头发会首先因为受到垂直这个椭球面的力而贴着头皮，如此，便完成了塑造灵魂中分的第一阶段。此后，由于大头儿子的额头并不是一个平面，所以这些风吹到头上之后会顺着这个椭球面向两侧流动，而这些流向两侧的风又会给头发受力，带着头发偏向两侧。

从两侧流走的风，和受到风影响的头发（从头顶向下看） | 制图：Callo

以额头正中为分界线，很简单地可以想象，左侧的头发更加容易向左偏，右侧的头发更加容易向右偏，所以头发自然地就以额头正中为分界线，形成了中分发型

不过，还是提醒同学们，“一盔一带，安全常在”，这样才能“任风吹任它乱毁不灭是我，尽头的展望?”

by Callo

Q.E.D.

Q8

科学家是如何测得地球的质量为5.9742×1000000000000000000000000000g的？

答：

题主提问的地球质量是1976年给出的推荐值。目前(截至2021年)对地球质量的最佳估计为千克，绝对不确定度为千克，相对不确定度，精确度有所提高。对应密度约为。

图源：天文年鉴2021版（The Astronomical Almanac Online — Constants）

科学家对地球质量的估算是逐步精确的，估算方法也随着理论和实验技术的进步而逐渐演化。早期科学家主要通过估算地球的体积和密度来估算地球质量，而对地球体积的估算由于纬度原因使得低估了地球半径，导致体积比正确值小约三分之一。艾萨克·牛顿（Isaac Newton）估计地球的密度是水的密度的五到六倍，与实际地球的平均密度非常接近，但由于体积的低估了约30%，得到地球质量约为4.2×10^24千克。

18世纪，牛顿万有引力定律的提出使得通过万有引力常数来间接估算地球质量成为可能。根据万有引力和牛顿第二定律，F=GMm/r^2=mg, G为万有引力常数，M为地球质量，r为地球半径，m为地球上物体质量，g为引力加速度。如果知道了重力加速度g，地球的半径r，和万有引力常数G，就可以估算得到地球的质量。其中引力加速度可以通过物体的自由落体运动进行测试，1/2gt^2=h，可以在固定高度以初速度为零使物体自由下落，根据所用的时间即可得到重力加速度。万有引力常数可以通过卡文迪许扭称实验得到，可阅读公号之前的推送《如何优雅的称量地球的质量》。据此，卡文迪许给出了较为精确的地球质量5.965×10^24，对应密度5.45g/cm^3，低于标准值仅1%。

在此期间，科学家也尝试了许多方法来确定地球的平均密度，但后来发现高精度的重复进行卡文迪许实验的效率更高，地球质量标准值的不确定性主要取决于引力常数G测定的不确定性。到19世纪90年代，相对不确定性降低到约0.2%，直到目前，地球质量标准值的相对不确定性可以达到10^-4。

参考资料：

[1]Earth mass

by 勿用

Q.E.D.

藏痴、childe、十七、just_iu、Callo、勿用

封图原图：bencbartlett

编辑：牧羊