从天文学家拍摄的照片里我们可以发现，在宇宙中，月亮是一个被太阳照亮的灰白色的球体，它在漆黑的宇宙空间里发出光芒，而太阳则近似白色。但当我们从地球上观察月亮时，它的颜色则取决于它的位置。比如，当它刚刚出现在地平线上时是亮橙色的，逐渐地，随着地球转动，它在天空中渐渐升起，橙色逐渐变淡，成为黄色，再变成黄白，最终，当它升到天空的正上方时，就呈现出它真实的颜色——灰白色了。
太阳也有类似的变化。正午时，太阳往往是黄白色的，但日出和日落时，它却会变红，或者橘红，或者粉红，这是怎么回事呢？
事实上，在宇宙空间中观察到的太阳和月亮的颜色并没 有变来变去，大气层是挡在我们眼前的一层面纱，光在进入我们眼睛之前必须先穿过大气层，光就是在这个过程中发生了变化。氮气、氧气和组成空气的其他气体，加上尘埃、烟雾和污染物等飘在空中的微粒，可以使进入人眼的光变红。
这是为什么呢？太阳发出的光是白光，而月亮不发光，只是反射太阳光。因为白光是由多种颜色的光（光谱）组成的。光在宇宙空间中以300000千米/秒的速度传播，进入大气层之后，一部分光线能顺利地通过大气层而不与空气分子碰撞，这部分光线到达地面时仍能保持原有的白色。但是大气层是由数不清的空气分子组成的，因此光与空气分子之间的碰撞不可避免，一旦光子在传播过程中与空气分子发生了碰撞，就会产生散射。从白光中散射出去的光大部分是蓝色光，当光线到达我们的眼睛时，剩余成分大多是暖色系的光，所以我们看到的太阳要比它真实的颜色黄一些。只有当太阳处于我们头顶正上方时，颜色才最接近它的真实颜色。此时，光线垂直于大气层，而越往高空处空气越稀薄，垂直通过的路线使光线受到的空气分子的阻拦最小，所以到达我们的眼睛的时候变化也就最小。
相比之下，当太阳在地平线附近时，颜色变化就明显得多。因为在这个角度上，光线基本上是斜贴着地面向前传播的。地面附近的空气密度大，光线在其中传播的时候会跟很多的气体分子发生碰撞，再加上近地面气体中尘埃和气体污染物含量也比较高，就会有更多的蓝色光在传播过程中被散射吸收，这样，当光线最终到达我们 的眼睛时，只剩下红色和橙色的成分了。这就是日出日落时太阳呈现红色的原因。
月亮变色也是这个原因。傍晚时分，地平线附近的月亮是浅黄色的；当夜幕降临月亮升起来之后，它的颜色一点点变淡，最后就成了白色了。现在我们知道，月亮在高处时反射来的光线里含有更多种颜色成分，这些颜色的光都进入我们的眼睛，我们才看到了白色的月亮。空气里的污染物越多，日出日落、月出月落的景观就越壮观，这也是生活在像洛杉矶这样空气质量较差的城市里的意外收获。
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