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空の色が青いのは

空の色が青いのは、青色の光が散乱するから。
夕焼けが赤く見えるのは、太陽からの光が大気を横から通り抜けるために、青色の散乱量が多くなって赤色だけが目に届くから。

と、漠然と思ってました。それをもう少し詳しく考えると

空は太陽光と大気がつくっているんだそうです。言い換えると太陽光を大気が受け止めて空ができるということなのだそうです。

太陽光は概ね6000℃くらいのスペクトルに近くて、200nmから3000nmくらいの波長で構成されているんだそうです。
そのうちの350から780nmあたりの波長の電磁波を可視光線と呼んでいます。

大気は地表に近いところから対流圏、成層圏(オゾン層)、中間圏、熱圏、外気圏と呼ばれ、宇宙は地表から100キロくらいのところから始まるそうです。中間圏あたりです。

紫外線はオゾン層で大半が吸収され、地表へ届くのはかなり制限されています。その他の光は対流圏に届きます。
空の色は対流圏での太陽光線と大気分子の相互作用によって決まります。

光の波長より大気粒子が小さい層では、光が原子を構成している電子にぶつかって、電子が沢山揺れます。電子は原子核と電気的なバネで繋がれているような状態なので揺れるのだそうです。

電子はマイナスの電荷を帯びているから、電荷が飛び出していくことで散乱光を発します。その時、散乱強度は波長の4乗に反比例するので、波長の短い方が散乱強度が強くなるんだそうです。
具体的には450nmの青色は、650nmの赤色の4から5倍散乱するんだそうです。
これが青い空の正体だそうです。青色が増福される感じでしょうか。
赤い光も地表にやってきているのですが、真っ直ぐ届いているので、増幅されず、空の色は青色のに見えるのだそうです。

紫の方が波長は短いのですが、人の目の感度は550nmくらいの緑を認識しやすいそうで、紫より青の方が認識しやすいらしく、その結果青色に見えるのだそうです。

ほんとは、光は波の性質を持っているから、散乱すると波の山と谷がくっついて、打ち消しあい、波はなくなり、空は真っ暗になるのだそうです。しかし空の分子密度がスカスカなので密度が揺らぎ、打ち消されずに青い光が目に届いてくるからなのだそうです。

夕焼けや朝焼けが赤く見えるのは、太陽高度によって通過する大気の距離が大きくなり、青が散乱されてしまって、赤色の直進光の多くが目に届くからです。

日没の時、頭上の空がより青く見えます。これは、オゾン層は、オゾン層を通る光の600nmあたりの赤色を少し吸収することに原因があるのだそうです。
日没時の、地平の斜め下からの太陽光は、オゾン層長く通る事になるので、赤色がなくなるのでより青々と見えるのだそうです。

光の波長に対して粒子の大きさが同じくらいの時にはまた別の散乱が起こります。
これはとても複雑なのだそうですが、大きめの粒子では波長依存性がなく、全ての波長が散乱するから白く見えます。雲が白く見えるのはこの作用の結果だそうです。

ガイナには関係なさそうな話しですが、ガイナは熱処理をする塗料です。
熱は電磁波の作用による現象です。原子、電子、中性子、陽子は量子と呼ばれるエネルギーの小さな塊です。量子に電荷があるから、またその振る舞いで電磁波が出ています。
ガイナの効果も、厳密に考えればこの量子の振る舞いによる現象ですから、量子力学もちょっと勉強してみようと最近ちょっと勉強を始めました。

KT

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