空はなぜ青いのか?
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空はなぜ青いのか?

正則学園高等学校

本当に偶々,其々が記事を書きだしていたので,まさか別の記事で「なぜ空は青いのか」について分かったことは纏めるようにと言われて,なぜかそれに沿って纏めた形になってしまった・・・・・・

多少導入を変える必要が出てしまったが,そんなの気にすることなく,書いていたものをそのまま公開しようと思う。


空は青く,雲は白い。
昼の太陽は白く,夕焼けは赤い。

なぜこのように見えるのだろうか。
過去の科学者たちもこの謎という壁にぶつかったい違いない。

空はなぜ青いのか

空はなぜ青いのか。

これは光が波であることが関わってくる。

レイリー散乱

太陽から届く「赤い光」と「青い光」には波長という一回の振動の間に進む距離の違いがある。

「青い光」は「赤い光」に比べて波長が短く,空気中の分子に衝突しやすい。そのため「青い光」はよく反射し,「赤い光」は空気での反射が起きにくい

空がなぜ青いのか?空気でよく反射する「青い光」を「空の色」として見るからである

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逆に,「赤い光」は途中で反射されずに最後まで残るという性質がある。
夕焼けの太陽から地球に届く光のうち,「青い光」は途中で反射されてしまい,「赤い光」だけが残って目に入る。これにより,夕焼けの太陽は赤くなる。

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これと似た現象がつい最近6年ぶりに起きた。

そう,皆既月食である。

5月26日当日に皆既月食が見えた人は(私は全く見えませんでした。)月が赤い色になったのをきっと見たであろう。

昔から,皆既月食の際には,月が赤銅色をしているといわれており,西洋では月の色が赤くなることから「ブラッドムーン」と呼ばれていた

この「ブラッドムーン」の理由もそう,空はなぜ青いのかと同じ理由である

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画像:国立天文台より

このように,「青い光」は散らばりやすい(散乱しやすい)ため,空の色になり,「赤い光」は残りやすいため,太陽や月の色になる。

この「青い光」と「赤い光」の散乱について見つけた人にちなんで
レイリー散乱と呼ばれる。

雲はなぜ白いのか

ここまでで,空が青い理由や夕焼けが赤い理由は分かった。

では,雲が白い理由は何であろうか。

レイリー散乱では,「赤い光」に比べ「青い光」の方が散乱しやすいため,より目に入りやすい「青い光」が「空」の色になった。

これは,空気の主成分が窒素分子や酸素分子のような「非常小さい粒子」だからである。

では,雲の主成分はなんだろうか。

雲は空気中の水蒸気が,上空で温められ,空気中の塵などを核にして集まった「水」である。

では,その雲の中に入っていった「赤い光」と「青い光」はどうなるのか。

これが答えだ。

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水は,空気(窒素や酸素,アルゴン,二酸化炭素)より大きく,丁度赤い光の波長と同じ程度の大きさである。

粒子が丁度このぐらいの大きさのときには,「赤い光」も「青い光」も同じぐらい水に衝突し反射される。

つまり,雲の中では,人間の見ることができる色の光全てが反射される。そして,全ての色の光が混じり合い,白色として認識される。

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このように,空の色や夕焼けの色と違い,色の光全てが反射され,雲の色が白くなるような現象これを見つけた人にちなんでミー散乱と呼ばれる。

結論

つまり,「空はなぜ青いのか」という疑問と「雲はなぜ白いのか」という疑問は実は殆ど内容に違いはない。

それらを構成している物質が窒素や酸素等の「非常に小さい粒子なのか」と「水分子のように小さい粒子」の違いがあり,その違いで光の散乱の仕方が変わってくるからである。

「非常に小さい」と「小さい」がここでは最も重要であるといってもよい。物理や化学には普通の言葉に見えるようで,そこに何かしらの科学的意味を付随する厄介な学問であるが,そこがまた非常に面白い。

ここまで書けば,「分かった感」は出たであろうか・・・

ちなみに

ちなみに空や雲,太陽の色の話が出るなら「虹」はどうなっているのか・・・

実は「虹」はですね

チーーーーン!

ん!?


to be next

レインボー2

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東京都千代田区神田の男子校、正則学園高等学校です。 2021年10月16日で創立125年を迎えた伝統校ですが、どんどん新しくて面白いことにチャレンジしています。