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【身近な疑問】空が青い理由は”光の散乱”にあった!

更新日:1月11日


青空

TGです。あけましておめでとうございます。


冬は空気が澄み切っていて気持ちいいですね。

今日も満天の青空が広がっています。


さて、皆さんは小さいころに疑問を持ったことはないでしょうか。

「空はなぜ青いのか。」

子供に聞かれたことがある親御さんもいるかもしれません。


もちろん、Google先生に聞けば答えを教えてくれます。

「波長が短いほど“散乱”は強くなるため、青い光が赤い光よりずっと強く散乱されるから。」


なるほど納得です。

でも、波長が短いとなぜ散乱は強いのかちゃんと理解できますか?


もしかして、知ったかぶりしていませんか…?


今回はそんな空が青い理由について、分かりやすく解説します。


目次
  1. そもそも、光とは何か

  2. 空が青い理由

  3. まとめ


そもそも、光とは何か

本題に入る前にまず、光について考えてみましょう。

ここで突然ですが問題です。太陽光は何色でしょうか。


正解は、白色です。


では、なぜ太陽光は白色なのでしょうか。


それは、太陽光は可視領域の光をすべて含んでいるからです。

要するに、赤や青、黄や緑など、私たちが認識できる光の成分を全て含んでいるのです。


虹を思い浮かべてみてください。虹は7色ですよね。

虹は大気中の水滴がプリズムの役割をして、太陽光が屈折してできるものです。

これは、もとの太陽光が様々な色を含んでいることの証明になります。


この説明で???となってしまった方へ、もう少しかみ砕いてお話します。

じゃあそもそも、光とは何なのか、というお話です。


その正体は、です。(粒子でもあるんですが、ここではスルーします。)

波ということは、音をイメージすると分かりやすいかもしれません。


音は空気の振動です。

波長が短い音は高い音として、波長の長い音は低い音として感じることができます。

(上:波長の短い波、下:波長の長い波)


波長のイメージ
波長のイメージ(https://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/hadou/hadou.html)

これと同じように、光にも短い波長のものと、長い波長のものがあります。

波長が短いと青色、波長が長いと赤色に見えるのです。

以下には、波長と認識される色を一覧にしました。見たことがあるかもしれません。


可視光の波長
可視光の波長(http://www.my-craft.jp/html/aboutled/led_hachou.html)

つまり、太陽光は私たちが感知できる波長の光(400~660 nm)の集まりということです。

(正確に言うと、もっと広範囲の光を含んでいます。紫外線などなど。)

このいろいろと集まった光を、私たちは白色と認識しているにすぎません。


波長が違うと屈折率も変わるので、先ほど触れたように虹ができるわけです。

(ちなみに、波長が短い方が屈折しやすいので、虹は内側が青色、外側が赤色になります。)


では、これを頭に入れた状態で、空が青い理由を見ていきましょう。


空が青い理由

空気は透明ですが、目には見えない様々なものが浮かんでいます。

ちりや埃はもちろん、窒素や酸素、二酸化炭素なんかもそうです。


では、そんな大気中に浮かぶ“もの”に光がぶつかるとどうなるでしょうか。


答えは「散乱」が起きる、です。光がいろいろな方向へ散らばるのです。

短い距離では何の影響もありませんが、太陽光となると話は変わってきます。


太陽と私たちの間には、とても長い距離があります(約1憶5千万km)。

そして、その間には大量の大気があります。


先ほどはスルーしましたが、光は波であり、粒子でもあります。

波長が短い=たくさん振動している光の粒は、様々なものにぶつかりやすいのです。

これがすなわち、青い光は散乱しやすいということです。


図に示したように、私たちが見ている空は、太陽光が散乱したものです。

太陽との距離が近い昼の場合、空は散乱した青い光を観測=青空となります。


逆に太陽との距離が遠くなる朝や夕方の場合、青い光はいろいろなものにぶつかって光は弱くなります。

したがって、目に届くのは赤い光=夕焼けとなります。


以上が空が青い理由であり、夕焼けが赤い理由です。

何となく、イメージできたのではないでしょうか。


まとめ

今回の記事をまとめると、空が青い理由は以下のようになります。

「波長が短いほど“散乱”は強くなるため、青い光が赤い光よりずっと強く散乱されるから。」


Google先生は正しかったようですね(笑)。

ですが、言葉よりも図で見ることで少しだけイメージがしやすくなったと思います。

そして何より、光というものの不思議さに気づいたのではないでしょうか。

(波であり粒子であるってどういうこと…っていう感じで。)


これは個人的希望ですが、身の回りの出来事になぜ?と思う気持ちを大切にして、

それを徹底的に追求できる人間が世の中にあふれてほしいと思っています。


ということで、今回は空が青い理由について説明してみました。

今後もこういった記事もアップしていこうと思います。ではまた。

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