空の色を深掘りしていく。
空が青い理由の簡単な説明
「空 青い 理由」で検索すると、
学研キッズネットの記事がヒット。
要約すると、
- 太陽光が地球を取り囲む空気に当たって散乱する
- 波長が短い光のほうが波長が長い光よりも散乱しやすい
- 青い光は赤い光に比べて波長が短く、散乱しやすいため空は青く見える
ということだった。
夕焼けが赤い理由もこの記事で説明されていた。
夕焼けが赤い理由は、太陽の光が空気中を通る距離が長く、青い光は空気中で散乱されつくしてしまい、赤い光だけが多く残るということらしい。
それで私たちの目には夕焼けは赤く映るそうである。
では、ここでさらに疑問が生ずる。
「なぜ、赤色よりも青色のほうが散乱されやすいのか？」
ということだ。
深掘りしてみよう。
なぜ波長の短い光のほうが散乱されやすいのか？
「波長 短い 散乱 されやすい 理由」で検索してみた。
記事によると、
散乱とは、電磁波が進んでいるときに、障害物に当たり、進行方向を変えること、とある。
そして、波長の大きさと障害物の大きさの関係により、散乱のされやすさが決まるということらしい。
記事の中では、
「波長の短い青色の光のほうが散乱されやすい理由」
が以下のように書かれている。
散乱のされやすさは、波長と障害物の大きさの関係で決まります。この場合の障害物は空気分子で、大きさは決まっています。波長の短い波の方がより障害物が大きく感じられるので、散乱されやすいということになります。波長の短い青の方が散乱されやすく、波長の長い赤の方が散乱されにくくなります。
調べてみると、
大気中の約78%を占める窒素分子(N_2)の大きさは、
0.364nm
大気中の約21%を占める酸素分子(O_2)の大きさは、
0.364nm
である。（ほとんど違いがないんだ、、）
そして、
青色の光の波長が 430-490 nm
赤色の光の波長が 640-770 nm
である。
青色の波長の中央値を取ると、460nm、
赤色の波長の中央値を取ると、705nmで、
その差、235nmである。
全然大差ないように見えるが、
青のほうが赤よりも約10倍近く散乱されやすいらしい！
まじか。
記事によると、このように、
波長のほうが、障害物の大きさよりもかなり大きい場合
（今の場合、100～200倍くらい大きさが違う）
この散乱を
「レイリー散乱」
と呼ぶらしい。
もう少し、レイリー散乱について、深掘りしてみよう。
レイリー散乱とは？
「レイリー散乱 とは」で検索したところ、
理科年表オフィシャルサイトの記事がヒット。
レイリー散乱の特徴は以下の３つ。
- 短い波長ほど多く散乱させる
- 前方散乱と後方散乱が最も強く、光に直角な方向が最も弱い
- その直角方向への散乱は偏光している
いろいろとレイリー散乱について、詳しく書いているサイトがあるものの、
物理を専攻していなかった自分にはすぐに理解できるものは少ない。
説明の仕方としては、光＝電磁波は電場の波（磁場の波）であり、
その波によって、分子内の電子が作用を受けて、
電磁波を出す。それが散乱光。
その条件により、電磁気学的な
理論を使うことによって、光強度の数式が導出される。
その数式を解読することにより、
上のような事柄がわかるみたいである。
うーむ。
物理学的成熟度が足りないな。
このブログでは、日常の身近な当たり前な現象を、当たり前ではないと思って深掘りしていく記事を書いています。
そういうことを考えている人と知り合いになれたらいいなと思っています。
