「空が青い理由」説明できますか？

雲ひとつない空は美しい青色に見えます。

「空ってどうして青色をしているのだろう？」

青空を見たとき、このような疑問を頭に浮べた人がいるかもしれません。

空気は透明。太陽光も白色なのに、空が青く見えるナゾには「ある科学現象」がかかわっています。

この記事を読めば、あなたもその疑問の答えを誰かに話したくなるでしょう。

空の青さは太陽光の「散乱」と関係があった

（画像＝青空のイメージ / credit: canva、『ナゾロジー』より引用）

空が青く見える理由は、太陽光の中の青い光が散乱しているからです。

太陽の白色の光には、赤い光や青い光、緑の光などいろいろな色の光が混ざっています。

私たちはそこから目に届いてくる特定の色の光を認識して色を見分けているのです。

たとえば、リンゴの表面に太陽の光があたると、皮から赤い光のみが反射して目に届くことで「リンゴは赤い」と認識できます。

つまり、空が青く見えるということは太陽の光の中から「青い光のみが届いている」のです。

では、なぜいろいろな種類の光を含む太陽の光から青い光のみが届くのでしょうか？

その理由は、光が持つ波の性質「散乱」という現象のためです。

散乱とは光が小さな粒子に衝突したとき、一度吸収されてから新たに四方八方へ放出される現象のこと。

（画像＝「散乱」のイメージ / credit: ナゾロジー編集部、『ナゾロジー』より引用）

空では青色の光が空気中の酸素や窒素などの分子に衝突してこの散乱が発生します。

そのため太陽の光のうち、青い光が他の色の光よりも多く私たちの目に入ってくるのです。

ちなみに太陽の光に含まれる色は、それぞれ独自の波長をもっていて、赤→緑→青→紫の順にその波長が短くなっていきます。

（画像＝太陽の白色光を「プリズム」に通すことで含まれていた色を分散することができる / credit: わかりやすい高校物理の部屋、『ナゾロジー』より引用）

光の波長が短いほど強く散乱するので、空が青く見えるのですね（もっと波長の短い紫に見えないのは紫の光を人間の目が感じにくいため）。

しかし常に空は青いのでしょうか？

朝や夕方になると全く違った色に見えるはず。その理由はなぜでしょう。

（画像＝夕焼けのイメージ / credit: canva、『ナゾロジー』より引用）

空はずっと青いわけではなく、朝や夕方になると「赤い空」を見せてくれます。

散乱の原因は、空気中にある酸素や窒素などの小さな粒子。

ノーベル物理学賞を受賞したレイリー氏によってこの現象が解明されていて、「散乱の強さは波長の4倍に反比例する」ことが分かっています。

つまり波長の長い赤い光が、青い光より強く散乱されることはありえません（具体的には赤い光は青い光の約2倍の波長をもつので、24＝16倍弱いです）。

では、なぜ私たちの目は夕焼けを赤く識別するのでしょうか？

その理由は、地平線近くの太陽の光は、空気中の長い距離を通過して私たちの目に届くため、青い光は散乱されきってしまうのですが、赤い光はまっすぐ届くからです。

（画像＝日本が昼のときハワイは夕方。光が通る空気の層が分厚いことが分かる。 / credit: わかりやすい高校物理の部屋、『ナゾロジー』より引用）

つまり赤く見える理由も「青い光の散乱」だったのですね。

ちなみにこの散乱は太陽の光にのみ起こる現象ではありません。

地平線近くの星や月も赤くなって見えるので、気になる人は夕方の東の空を要チェックです。

私たちが毎日、目にする青空にも不思議な科学現象が隠れていました。

「空が青く見える理由は光の『散乱』だったのです」

この現象から、

身近で同じような疑問を持っている方がいたら、ぜひ解決してあげてくださいね。

参考文献

キヤノンサイエンスラボ

国立科学博物館