空はなぜ青いの。

毎日空を見上げていて、疑問に思うことがある。

なぜ、空は青いのか。

あちゃー。
考えちゃったよ。
やっちまった。

こういうことって考え始めるときりがない、というか。
調べないと納得いかない、というか。

高校までの知識で考えられるかな。

とにかくあれやこれや調べてみた。
今は物理の教科書がちょっと出張しているので、ネット頼りでお送りします（笑）

えっと。
お約束の、「そもそも」から（笑）

そもそも、ヒトの目に見える可視光(visible light)は電磁波(electromagnetic wave)ですよね。
電磁波の波長のうち、だいたい380nm～780nmのもの（個人差あり）が可視光とも言い換えられます。（nm…ナノメートル。十億分の一メートル。）

せっかく調べたので、虹を彩る７色の波長を載せておきます。
赤…605～700nm
橙…595～605nm
黄…580～595nm
（黄緑…560～580nm）
緑…500～560nm
（青緑…490～500nm）
青…480～490nm
藍…435～480nm
紫…400～435nm

だそうです。波長が380nmよりも短いものは紫外線（ultraviolet wave）、780nmよりも長いものは赤外線（infrared wave）と言います。

太陽からの電磁波は紫外線から赤外線まで幅広い波長を含んでいます。
当然、可視波長のものも。
すべての可視波長を含んでいる、太陽光線自体は白っぽく見えます。
太陽を（まぶしいので控えめに）見つめると白っぽいですね。

空が青く見える、と言うことはどういうことなのでしょうか。

青く見えるということは、

青い光が我々の眼に飛び込んでくる、

ということです。

小学校か中学校のときに、プリズムを使って光を分解する実験をしたような気がします。三角形のカタチのガラスに白い光を当てると、光が７色に分かれました。
この理由は、光は波長により屈折率が異なるからです（この現象を「光の分散」といいます）。


さて。
光は波長の大きさによって屈折率が違います！
波長が短いほど（紫に近いほど）大きく曲がり、波長が長いほど（赤に近いほど）曲がりません。
そして上に書いてある通り、青く見えると言うことは青い光がそこらじゅうを飛び回って目に飛び込んでくるということです。

ここで、もうひとつだけ波に関する現象を紹介します。
それは、「散乱」。
散乱と反射や屈折との明確な線引きはできませんが、一般的に、光が広い範囲でたくさんの角度に、均等に進路を変えていくときに散乱と呼ばれているようです。


散乱、波長。なんか、関係ありそうな感じですよね。
で、調べていると、見つけちゃいました。


いたんですよ。

同じようなことを疑問に思ったヒト（笑）


かのヒトこそ、イギリスの物理学者。レイリー卿ジョン・ウィリアム・ストラット。
１８７１年に「青空はなぜ青いか」という論文を発表しています。
この論文の中には、（レイリーさんの名前を取って）後に「レイリー散乱」と呼ばれる現象が紹介されています。
それは、「散乱される度合いは、波長の４乗に反比例して強くなる」ということ。


簡単に言うと、

青い光は赤い光よりも強く散乱される、

ということですね。


レイリー散乱が起きる条件は、媒質中の微小粒子が波長の１／１０以下のときです。
原子または分子の大きさはÅ（１００億分の一メートル）サイズですから、空気中でレイリー散乱が起きます。つまり、青い光がたくさん反射される、というわけですね。

だから青い光はそこらじゅうに溢れていて、空が青く見える、というわけです。

レイリーさん、疑問に答えてくれてありがとう。

一方で夕方になってしまうと空は赤く染まります。
これは太陽が地平線のほうまで沈んでしまい、光が空気中を日中よりも長く通って来るためです。
空気中を長い距離伝わるうちに、青い光（短波長側）は散乱され強さが弱まってしまいます。ところが、散乱されにくい赤い光（長波長側）はそのまま直進してきます。
だから、夕方になると赤い光が強くなり、空は赤く見えるんですね。


いやはや、今回は難しかったなあ。