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Schi Heil と叫ぶために

hiroakiuno's blog

空はどうして紫ではなく青いのか

空はどうして青いのか?
30年も生きていればそこそこ知っている。でも所詮そこそこ。100%は理解していない。正直私のレベルは、

  • 大気中には窒素分子や埃など小さいな浮遊物がたくさんある。
  • 可視光のうち青は赤より波長が短い。
  • 波長の短い青い光は赤よりも浮遊物にぶつかりやすい。だから空は青く見える。

程度だった。特にそこそこたる一番の理由は次の質問に答えられないことだ。

じゃあ何故青よりも波長が短い紫に見えないのか?

まずその前に空が青い理由を正しく整理しておこう。

  • 光の反射ではなく散乱による。光は波長より小さいサイズの物体(例えば窒素や酸素分子)に当たると反射はしないが散乱が起こる。
  • 波長の短い青は赤よりも多く散乱される(レイリー散乱)。よって空は青く見える。
  • レイリー散乱 - Wikipedia

それを踏まえて、本題のなぜ紫じゃないのかだ。

空気中の水蒸気やチリにあたると、波長の短い紫の光ほど、散乱しやすくなります。しかし、紫の光は空の上の方で散らばってしまうため空が紫に見えることは少なく、紫の次に青の光が散乱しやすいので、空は青く見えるのです。

しかし、紫の光は空のかなり上のほうで飛び散ってしまうため、ふだん地上から見た場合は、空が紫に見えることはあまりありません。ただし、高い山に登ったときや飛行機の窓から見たとき、空が青というより紫に見えることはありますね。そして、紫の次には藍色、その次は青の光が飛び散るため、空の色は青く見えるのです。
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なんだ簡単な理由ではないか。言葉だけ見てると紫は飛び散って見えないのにどうして青は飛び散ると見えるのかと突っ込みたくもなるが、地球の大気がちょうどそのような距離というかサイズというか量なのだろう。

なお、夕焼けが赤い理由は角度の問題だ。角度の無い状態から太陽光が地球に入ってくるとその分大気を通過する距離が長くなる。青は昼間と同様に散乱するが距離が長いので紫だけでなく青も散乱しすぎて飛び散ってしまうというのは上記と同じ理屈である。赤は散乱は少ないので昼間は見えなかったが、青が無くなればさすがに残った赤が見えるという話。実験つきでこちらが分かりやすい。

ただ次のような記事を見つけてしまった。

実際は紫が最も多く散乱されているのですが、人間の目の構造上、青く見えるのです。

キリヤ: Q&A : 空はどうして青く、夕焼けはどうして赤いのですか?

どう見ても詳しそうなページで、その目の構造が知りたい。あとここまで来るともう一つ疑問が出てくる。角度の問題で昼間が青で夕方は赤くなるのなら、14時ごろは緑っぽく見えてもよいはず。いままで生きてきてそのような認識はないがどうなのだろうか。調べるとグリーンフラッシュという現象はあるようだがちょっと違う。

2007-04-29 追記

こんな記事を見つけました。

更に、なぜ空は青より波長の短い紫でないのかと疑問が出てきます。これは、私たちの目の紫に対する感度が、青の10分の1しかないことや、紫の光は飛び散り過ぎて私たちの目に届かず弱まってしまうことが、原因と言われています。

しかし、高度1万メートル上空の航空機から撮った写真を見ていると、一部紫色っぽい部分があるように思えてきます(右写真)。これは、3分の2を超える大気が航空機の下にあり、太陽の光がまだ3分の1の気体分子やエアロゾルとしか出会ってないことから、紫の光が完全に弱まらないためと考えられます。

環白山保護利用管理協会-みんなの白山: 夏の白山と青空

地球上の大気のサイズと目の感度の両方が関係しているということで片付いたことにしておきましょう。