太陽の光にはすべての色が含まれている
太陽の光は白く見えますが、虹のすべての色が混ざったものです。それぞれの色は、異なる長さの波として広がります。赤は波長が最も長く、青と紫は最も短くなります。
空気は青をより強く散らす
大気を通るとき、光は気体の分子、主に窒素と酸素にぶつかります。この分子は光をあらゆる方向に散らし、その散乱は波長の短い光でずっと強くなります。そのため青が空全体に広がり、あらゆる方向から私たちの目に届きます。NASAは教育向けのページで、この現象をこう説明しています。
科学はこれを、19世紀にこの効果を説明したイギリスの物理学者レイリー卿にちなんで、レイリー散乱と呼びます。
出典: NASA Space Place, Why is the sky blue?
紫のほうが波長が短いのに、なぜ空は紫ではないのか
紫は青よりさらに強く散乱されますが、3つの要因がそれに不利に働きます。太陽が出す紫の光は少なく、一部は大気の高いところで吸収され、私たちの目は青にずっと敏感です。結局、脳が受け取るのは、明るい青の空です。
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夕焼けがオレンジなのはなぜか
夕方、太陽の光は私たちに届くまでに、ずっと長い空気の層を通ります。その途中で、青のほとんどはすでに横に散らされています。残るのは、波長の長い黄色、オレンジ、赤で、これが地平線を染めます。ほこり、煙、大気汚染は、夕方をさらに赤くすることがあります。
雲はなぜ白いのか
空気が青をより強く散らすなら、青空の真ん中の雲がなぜ白く見えるのでしょうか。光を散らすものの大きさが、すべてを変えるからです。気体の分子は光の波長よりずっと小さく、主に短い波、つまり青を散らします。一方、雲の水滴は、すべての色をほぼ同じように散らすのに十分な大きさがあり、すべての色の合計は白です。
雲が水をたくさん含んでいると、通り抜ける光が少なくなり、灰色に見えます。
出典: NASA Space Place, Why is the sky blue?
では、海はなぜ青く見えるのか
海の色の一部は空の映り込みですが、それだけではありません。アメリカの海洋サービスによると、水そのものが、赤のような波長の長い色をより強く吸収し、青を通します。青はより深くまで届いて、散乱して戻ってきます。
だから、コップの水は無色に見え、外洋は青く見えます。違いは、光が通る水の量です。粒子、藻、堆積物があると、岸の近くではこの青が緑や茶色に変わります。
出典: NOAA Ocean Service, 海はなぜ青いのか
ほかの惑星では
火星では、細かいほこりが状況を変えます。昼間の空は黄みがかった色やオレンジに傾き、日没は、太陽の近くで青みを帯びます。空に見えるものは、空気の中にあるものによって決まります。
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出典・参考文献
- NASA Space Place. Why is the sky blue? https://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/
- NOAA National Ocean Service. Why is the ocean blue? https://oceanservice.noaa.gov/facts/oceancolor.html
よくある質問
空はなぜ青いのですか？
空気の分子が、波長の短い青い光を、ほかの色よりずっと強く散らすからです。この効果はレイリー散乱と呼ばれます。
空はなぜ紫ではないのですか？
太陽が出す紫の光は少なく、一部は大気の高いところで吸収され、私たちの目は青により敏感だからです。
夕焼けはなぜオレンジなのですか？
夕方は光がより多くの空気を通り、青が途中で散らされます。残るのは、黄色、オレンジ、赤です。
火星の空は何色ですか？
昼間は、ほこりのせいで黄みがかった色かオレンジに傾き、日没では太陽の近くで青みを帯びます。
雲はなぜ白いのですか？
水滴が大きく、すべての色をほぼ同じように散らし、その合計が白だからです。
海が青いのは、空を映しているからだけですか？
いいえ。水そのものが赤をより多く吸収し、青を散らして、より深くまで届かせます。
