如果您是受目前正在燃燒的數百萬英畝加拿大森林火災影響的數千萬民眾之一，那麼您就會知道生活在陰沉的棕色天空下是什麼感覺，太陽像一個陰鬱的紅球，兇狠地瞪著您。
這個故事幾乎沒有好訊息。燃燒森林不僅會向大氣中排放導致全球變暖的二氧化碳；還會破壞整個生態系統，而這些生態系統原本可以吸收空氣中的一些二氧化碳。當然，更直接的問題是過量的煙霧會使空氣質量變得危險地不健康。正如氣候學家預測的那樣，人為造成的氣候變化正在造成更乾燥的條件，為更大的火災埋下伏筆。
儘管如此，這裡面仍然有一些有趣的科學，並且不僅與天文學，而且與我們對自身在宇宙中位置的看法有著奇特的聯絡。
解釋有點分散，但仍然引人入勝。
加拿大擁有地球上最大的森林之一；該國超過三分之一的土地被樹木覆蓋。樹木的木材和樹皮含有大量的纖維素，這是一種由碳、氫和氧元素組成的大型生物分子。燃燒木材會分解這些分子，並將它們的組成元素釋放到空氣中（併產生大量熱量）。一旦釋放出來，這些元素就會與大氣中的氧結合並重新組合形成不同的分子。如果這個過程是高效的，那麼最終的分子將只有二氧化碳和水。
然而，野火不是高效的燃木爐灶——這意味著它會產生更廣泛的分子副產品。有些是純碳，會聚集在一起形成稱為黑碳或煙塵的微小顆粒。這種情況發生在高溫下，例如木材燃燒時產生的高溫。在較低的溫度下，例如悶燒的草火，這個過程會產生稱為棕色碳的複雜分子。野火還會釋放出驚人數量的水蒸氣——我們就稱之為“蒸汽”——透過從燃燒的木材中釋放水分。
煙塵看起來是黑色的，因為它吸收可見光譜中的光——也就是我們看到的那種光。如果煙霧足夠濃密，所有照射到它的可見光都會被吸收，因此它看起來非常暗。另一方面，蒸汽是光的極佳反射體，因此它的羽狀物看起來是白色的。
然而，有趣的地方在於當煙霧不是那麼濃密的時候。一些光線會穿透，從而與煙霧中更多的顆粒相互作用。光表現為波，當它撞擊顆粒時，它會發生折射，或繞著顆粒彎曲。具體情況非常依賴於顆粒的大小和光的波長，但一般來說，煙霧會比紅光更多地彎曲藍光。這會散射藍光，使其朝向有些隨機的方向傳播。
光和物質之間的這種基本反應發生在整個大氣層中，而不僅僅是在煙霧羽狀物中。事實上，這就是天空為什麼是藍色的原因！陽光照射到空氣中微小的氮分子和氧分子，光線的藍色成分會被散射掉。這些分子在頭頂無處不在，它們中的許多會將藍光散射到地面上的我們這裡。結果就是我們看到藍光從天空中的各個方向射來。
這也是為什麼日落如此紅潤的原因。當您看向地平線時，您會穿過更厚的空氣柱，這使得不僅是藍色，而且綠色甚至黃色的光線更有機會被散射掉。穿透過去的是橙色和紅色，有時會使太陽看起來非常鮮紅。
煙霧也會發生類似的效果。隱藏太陽的狹窄羽狀物在其中心看起來會是黑暗的，因為所有光線都被吸收了。煙霧會變稀薄，接近羽狀物的外部極限，並將顏色變成紅色和橙色，因為這些波長相對完好無損地穿透過去。與此同時，在邊緣本身，一些藍光可以直接散射到您這裡，使羽狀物的輪廓看起來呈藍色。
然而，從地平線到地平線的濃厚煙霧會吸收所有入射的藍光，使整個天空呈現出令人不安的橙色、紅色甚至棕色。這就是上週在紐約市發生的情況，使那裡的天空呈現出病態的、汙濁的外觀。
煙霧對天文學的影響是顯而易見的；當上方的天空基本上是不透明的時候，很難觀測到微弱的天體。但也有更微妙的影響。
18世紀後期，德國天文學家威廉·赫歇爾和卡羅琳·赫歇爾兄妹團隊思考了我們在太空中的位置。他們推斷，如果宇宙是有限的，太陽靠近它的邊界，那麼在一個方向上的恆星會更少，而在相反方向上的恆星會更多。因此，他們認為透過計算天空中不同區域的恆星數量，他們可以計算出太陽在宇宙中的相對位置。在觀察了天空的許多區域並仔細地將所有恆星加起來之後，他們推測我們位於宇宙中心附近。
當然，現代宇宙學表明我們在太空中沒有這樣的特殊位置。但在當時——遠在發現其他星系或大爆炸引起的宇宙膨脹之前——對於赫歇爾兄妹和所有人來說，銀河系基本上就是整個“觀測到的”宇宙。但即使宇宙是有限的，即使銀河系是全部，他們仍然會得到錯誤的估計。那是因為他們也不知道星際塵埃的存在——類似於煙塵的小型碳基分子，它們是在大質量恆星死亡時產生的。恆星之間的空間充滿了這種塵埃，以至於無論您在銀河系中的位置在哪裡，看起來都像您在中心——因為，很像煙霧，周圍的塵埃會吸收星光，從而阻止清晰地看到星系的整體形狀。
順便說一句，我們從星際塵埃雲中看到的藍光散射和吸收與我們從野火煙霧羽狀物中看到的一樣。星雲巴納德68是這方面的典範。在中心，它漆黑一片，根本看不到穿過它的恆星。然而，在邊緣附近，星雲的塵埃較薄，後面的恆星是微弱可見的，並且由於它們的藍光被散射掉而高度發紅。這使得星雲看起來像太空中的一個洞，邊緣模糊不清，隱約令人不安的深紅色。
令人不安的是，天文學家將這種發紅效應稱為“星光的消光”。它在科學上是有幫助的——例如，它可以用來測量我們星系內塵埃的分佈——但這一切太讓人聯想到我們日益受到野火汙染的天空。
令人震驚的是，描述星光和塵埃的相同光學物理學也解釋了更多區域性的現象。如果說這一切有什麼一線希望的話，也許那就是煙霧瀰漫的空氣可以再次提醒我們科學的預測能力。氣候學家幾十年來一直表示，在一個迅速變暖的世界中，野火——及其區域性的煙霧羽狀物——將更加頻繁和具有破壞性。煙霧會消散，但資訊應該經久不衰：當信譽良好的科學家就某些事情發出警告時，我們可能應該聽取他們的意見。