空はなぜ青いの？

空は青い、雲は白い、虹は七色

　子どもが親に「空はなぜ青いの？」と聞かれて困ってしまった・・・ということを聞いたことがあります。今、「空はなぜ青いの？」を説明しようとしてもできそうにないので調べてみました。

雲は白い・・・空は青いけど

　空は確かに「青い」、雲は「白い」という違いがある。雲は、水蒸気で構成されているので、その水蒸気の量によって、「白い」、「灰色」、「ほぼ黒」の違うというのは想像できるような気がする。

昼の空の色は、「青い」けど、夜の空の色は、「黒」や「暗い」

　夜は暗いので空は青く見えない・・・ということは太陽光が関係していると思われる。太陽光と言っても、上の写真では太陽の周りは「白」く見える。とりあえず、太陽光について調べる。

太陽光について

太陽光の成分

　太陽の光には、赤、オレンジ、黄色、緑、青、インディゴ、紫など、さまざまな色の光が含まれています。太陽光には、人間が見ることができる「可視光線」と「不可視光線」があると考えられるが、人間が見るので「可視光線」に限定します。

色の違いは？可視光線とは？

　色の違いは光の波長で決まり、可視光線の波長の範囲は380nmから780nmです。波長の短い光から、紫色（380nm～430nm）、青、緑、黄、橙などに見え、長い光は赤色（640nm～780nm）に見えます。

可視光線の色から思いつくのは「プリズム」や「虹（にじ）」

　「プリズム」や「虹」で光が七色に見える。これは、可視光線がプリズム等によって光を屈折させる現象です。光の波長によって屈折率が異なることで、波長の並びに色が分けられ七色に見えるとのことです。この色の並びを、色のスペクトルと言うそうです。（蛇足）

太陽光は

　太陽光が地球の地上に達するまでの流れを説明します。太陽から発せられた光は、宇宙空間（大気圏外）を通って地球に達します。地球には、大気圏という地球を包み込む大気の層があり、太陽の光は、大気圏外から大気圏内に入ってきます。

太陽光がなぜ空の「青」に

　太陽光が大気圏に入ってから、大気中の空気分子によって、太陽光が散らばらせる散乱という現象が起きます。この太陽光が大気圏に入ってきたときの散乱を、「レイリー散乱」と呼びます。

レイリー散乱・・・

　レイリー散乱とは、空気分子は、可視光線における波長の短い光（青）を強く散乱させ、波長の長い光（赤）を弱く散乱させる。

そらが青色に・・・

　青色は、赤やオレンジの光よりも波長が短いため、空気分子とぶつかるとより強く散乱されることになります。つまり、青色が強く散乱・・・広範囲に広がり、他の色が散乱が少ないため、空が青く見える。

夕焼けはなぜオレンジ色？

　「太陽が沈むと、太陽光が地平線から大気を通る距離が長くなります。このため、青い光はすでに散乱してしまってしまいます。その結果、残った赤い光が私たちの目に届くので、夕焼けは赤く見えます。」と書かれていました。

　次に示している図は、昼と夜に太陽光が見ている人にとどく状態の概念図を示しています。上側に「太陽」があり、下側に「地球」があります。地球の上の水色の丸印が「見ている人」です。太陽は概念図ではこの位置関係に書いていますが、地球との距離はとても離れているので「太陽光」は平行線になります。地球が自転しているので、昼には太陽の正面の位置していた「見ている人」が、夕方には、地球の左横側に移動しています。　

　この２つの違いは、大気圏に入ってから「見ている人」に届く距離になります。つまり、昼間に比べて夕方のこの距離は長くなっています。つまり、昼間に太陽光と見ている人は、レイリー散乱が起きる位置関係にある。しかし、大気圏に入ってから「見ている人」までの距離が長くなると青色より長い波長の黄色、橙、赤色が見えやすい条件になっていると思われます。

虹も１種類ではない・・・

　よく言われているイメージの「虹」は、七色ですが白色の虹の「白虹」と言われるものもあります。よく言われている「虹」が七色に見えるのは、太陽の光が水滴を通る際に、光が色ごとに屈折して分散するからで、水滴の中に入った光は、色ごとに異なる角度で屈折し、それぞれの色が分離して見える事によるらしいです。

　白虹については、霧やぬか雨などの「粒の小さい」ものに太陽の光が霧に反射して見られる現象です。よく言われている「虹」は、雨（水滴）で光が屈折して色に分かれるのに対し、白虹は、霧の粒が小さいため光が分離せず白く見えるようです。

まとめ

　いろいろ調べることで新しいことを知ることができました。可視光線の波長とその距離、プリズムや雨粒、霧のような波長を分解するものによって太陽光の見え方が異なる事がわかりましたが、一言で「空はなぜ青いの？」を答える自信はありません。残念ながら・・・