自然界为什么几乎看不到绿光源?
有人在知乎问:我是学CG绘画的,光的三原色是红绿蓝,红和绿光混合会成黄光,在自然界中,除了绿光其他光基本都常见,为什么绿光少见,光的波长怎样影响到使得绿光很少出现?希望专业人士能够替我解答难题。下面是几位知乎客的回答:最受肯定的回答来自 @章佳杰其实这个时候搬出知乎金句「跳过是不是就问为什么的都是耍流氓」就可以结束争论了,自然界有没有绿色的光源?当然有,极光、萤火虫、鬼火……都是绿色的,前面 @程御迦 的答案里贴出了很多自然界绿色光源的照片,足以证明题主的问题不成立。不过既然来回答了,那就都展开说说,多说几句废话(内心闷骚的话痨憋不住不说话哈哈哈)
自然界中的光源有几大类,最常见的一类,在我们的日常经验里确实是偏红偏黄的,比如篝火、蜡烛、太阳、白炽灯……等等。这类光源有个共同特点,通过高温使得物体发光。这种发光基本都近似于黑体辐射。我们知道,黑体辐射的能量分布是与温度有关的,温度低的就偏红,温度高的偏蓝。贴一个色度图中的黑体辐射轨迹线:


上图中中间那条曲线就是黑体辐射轨迹线,右上角有放大的图(上面标识的温度是开氏度,与摄氏度相差约200度,简单定性讨论我们可以不管这个差别)。
在我们日常能接触到的物体中,各种火焰(比如篝火、蜡烛)温度只有几百度,白炽灯温度超过2000度,太阳温度也不过五六千度。所以火焰的颜色都是通红的,白炽灯就是昏黄的,而太阳就是带一点点黄色的白了。而即使是加热到超过1万度,那么看到的颜色将是偏蓝色的,而非绿色。也就是说,如果依靠加热物体来发光,那么无论如何都不会看到绿色的光线的。这也是为什么我们生活中接触到的光源绝大多数都是偏红偏黄的原因了。
不过肯定有人提出异议,火焰也有五颜六色的呀,我们节日里看到的焰火是各种颜色都有的。是的没错,不过这里的光就不是黑体辐射的光了,而是焰色反应,各种金属在高温灼烧下,其离子被激发,从而发出特定颜色的光来。不同的金属有不同的焰色反应,比如钠的明亮黄色,铜的明亮绿色等,都是很有特征的。


焰色反应是物质原子受激发之后发出的光,与上文提到的极光有些许相通之处。极光的发光原理的细节并没有完全弄明白,不过大致是由于来自太阳的高能粒子与大气层中的空气分子相撞,将空气分子激发后发出光线。不同的空气分子发出的光线也不一样,比如氧分子受激发后发出绿色和红色的光,氮分子会发出蓝色紫色暗红色等光线(极光的照片前面有人贴过了这里我就不贴了)。而现在城市里各色的霓虹灯,也是类似的原理。
还有一类光源,就是生物发光。比如萤火虫,比如发光水母,比如鮟鱇鱼。这些由于生物体内的酶催化了一些生物反应,从而发出的光线。这些光源都是冷光源,是生物蛋白质受到激发后发光,没有剧烈的温度变化,通常光的颜色是绿色或者蓝色的,偶尔也有红色出现。中国古代就有「囊萤夜读」的佳话,将萤火虫作为光源在夜间读书,这里的光源就是绿白色的了。下图是日本海岸的发光水母:


还有一类发光的现象是是荧光物质的荧光,在白天接受太阳照射后受到激发,在晚上或者暗处就能发出微弱的荧光。比如有一种矿物叫萤石,就有这样的特性,其名称也正是反映了这种特征。这一类荧光多是绿色的。
当然还有其他一些奇葩的光源,比如核反应堆冷却池里蓝幽幽的切连科夫辐射等等,就不展开讨论了。
总结一下:
1. 自然界大部分光源是依靠高温使物体发光,发光原理是黑体辐射,这一类光源是不可能有绿色的光的。并且就我们日常接触到的光源来说,基本都是偏红偏黄的光。
2. 金属的焰色反应是金属离子受激发后发光,能提供丰富的颜色,当然包括绿色(比如铜),可用于制作节日焰火。
3. 极光、霓虹灯等是气体分子受激发后发光,同样能提供丰富的颜色(想想灯红酒绿的霓虹灯)。由于大气中含量最多的分子是氧分子和氮分子,所以极光通常都是红色和绿色的。
4. 生物发光是生物蛋白在酶的作用下受到激发而发光,没有剧烈的温度变化,发出的光多是绿色蓝色的,偶有红色。
5. 荧光物质的荧光,这一类也多是绿色的。
6. 其他一些光源。
总的来说,题主的问题是不成立的,自然界有很多绿色的光源,只不过很多不是那么常见或者不是那么容易获得罢了。最常见最容易获得的就是上面第一类光源,而这一类光源都是红色黄色的,以至于造成题主的错误印象了。

@白兰 补充回答了为什么黑体辐射没有看起来是绿色的:
补充回答下 @章佳杰 没有回答的部分,为什么黑体辐射没有看起来是绿色的?
首先要说明人眼有三种视锥细胞,分别对类红色光、类绿色光和类蓝色光敏感。人眼对白色的定义是红绿蓝三种波长的光的混合色,也就是说如果人眼的三种视锥细胞如果同时被差不多辐射量的红绿蓝感受到,人看起来就是白色的。
在人眼可感受的光谱中,绿色光差不多处于中间。所以当一个黑体发出的辐射中绿色光占最大比例时(比如太阳就是这样),两边的红黄光和蓝紫光往往也很不弱,所以人眼的三种视锥细胞往往是都被刺激到的,大脑感受起来便是白色。而如果温度再低一点,那么辐射出来最多部分就是红色或者黄色波长的光,同时蓝绿色方向的辐射减少,红外波段增加,而人眼看不到红外波段,所以就是感受红色的视锥细胞刺激大于其他两种,故而大脑感受起来便是偏暖色调(也就是偏红)的颜色了。如果温度再高一点,也可以照此推理,大脑感受起来是偏冷色调(也就是偏蓝)。其实从进化角度说,因为人类生存的环境里,太阳是最主要的光波辐射源,所以人眼感受的光谱是以太阳的辐射光谱为准的。可以猜想,如果一个生活在红巨星为主要光源的星球上的生物来到地球的话,就会觉得太阳是偏绿色的星球了。我想这是题主最想问的东西吧。
@Milo Yip是一位程序员,最后推荐的读物请戳“阅读原文”了解更多:
从题主称「我是学CG绘画的,光的三原色是红绿蓝,红和绿光混合会成黄光……光的波长……」,题主可能对色彩不太了解。我尝试以电脑图形学及其他科学角度解释。
首先,「光的三原色」不是物理上的模型。这是为人类色彩感知而建立的一种色彩模型。RGB只是其中一个色彩空间,图形学里常用的还有XYZ、HSV、Lab、Luv等色彩空间。经过一些实验,色度学(Colorimetry)建立了这些人类色彩感知模型,用以捕获(如数字相机)及重建(如LED屏幕)彩色影像。
人类看到很多的颜色,其实可以由物理上不同的光谱(light spectrum)所组成,而不是一个单频率的光。
在自然界中,我们最常见到的是太阳光,它在大气外和海平面上的日光有这样的光谱:


那为什么太阳光在日出/日落前后的颜色是偏红、黄?这是因为大气的瑞利散射(Rayleigh scattering)而造成的。在日出日落的时候,太阳光要经过更厚的大气才能到达观察者,而瑞利散射的会散射更多的蓝绿光谱(实际上散射的强度与波长成4次反比)。

由于阳光是最常见的光源,而大气是我们最常生活的环境(有时候会把天空当作是光源),所以这或许解释了题主「为什么绿光少见,光的波长怎样影响到使得绿光很少出现」的感觉。
如果对于自然光有兴趣,极力推荐一本读物 Color and Light in Nature》

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