空が青いのはなんで？って子供に聞かれたらしいから、少しだけ解説しておく。
昨日友達に「空が青いのってなんで？できれば子供にも分かりやすく、アカデミックな感じで教えて！」って言われたんですが、「いや自分で調べろよ。ググれカス。」と言えずに「ブログに書いとくね♪」と言ってしまったロブです。
なので、今日は空が青い理由のお話です。
光は波
光は波の性質があるよーって学校で習ったと思うんですが、具体的には人間に見えてるのは400nm-750nmぐらいです。えっ、いきなり意味が分からんって？つまり光は波みたいに振動してて、波の山と谷になる部分があるんだよって思っておけばいいです。そして、その山と谷のワンサイクル分が波長と言って波の長さになると。それから光の三原色ってあるんですが、赤が750nmぐらい、緑が550nmぐらい、青が400nmぐらいの波長で、この3色の組み合わせで、すべての光の色が作れます。全部混ぜると白色。なので普段見ている光ってのはいろんな色の光が混ざっている、つまりいろんな波長の光が混ざっています。ちなみに人間が見える波長をメートルに直すと0.0000004m-0.00000075mでものすごく小さい。そして、赤の波長のほうが青の1.5倍くらい長いんですよね。そして、この色んな波長の光が空気にぶつかって、あっちこっちに向かって進行方向を変えていきます。
空気は小さい
さて、空気には窒素や酸素といった小さな粒子たち(分子)によってつくられてます。それらはみんなとても小さく、光の波長よりうーんと小さいです。たぶん10分の1から100分の1ぐらい。こんな小さな粒子でも光は当たると散乱してしまいます。このとき起こるのがレイリー散乱。で以下の式で表されます。
はい、意味わからんけどよく見てください。kは散乱係数でこの値が大きいほどよく散乱して、あっちこっちに飛んでいきます。赤で囲ったものは空気中の粒子(分子)に関係する値で、もう決まった値なので定数とします。と考えると、λつまり波長によって散乱のしやすが違ってくるということです。λが大きくなるほど散乱係数kは小さくなるので、青より1.5倍ほど波長の長い赤はあまり散乱しないんですよね。なのでたくさん散乱した青の光は僕たちの目にバンバン入ってきて、結果として空が青く見えます。
朝夕は赤いよね
んじゃ、朝や夕方赤いのはなんでっていうと、昼は太陽が真上にあるんですが、朝夕は太陽が地平線に近づいていきます。すると図の青矢印のように光が空気中を通過する距離が長くなるんですよ。その結果散乱の強い青い光は、散乱しすぎてどっかに行ってしまい、残った赤色がよく見えるようになるということです。こんな感じでいいか？
とまぁ、こんな感じなんですが、別に子供に聞かれたからって、知らなくてもいいと思うんですよね。「えっ、大人なのに知らないの？」とか子供に言われても、大人だって知らないこともあるし、答えが簡単に見つかるわけでもないんですから。分からないときは「分からないなぁ。お前はなんでだと思う？」って聞いてみればいいと思います。たぶん「誰かがペンキで塗ったから」とか「空にも海があるから」とかいろいろ言うんで、それを受け止めつつ「んじゃ、一緒に調べてみようか？」とか言えばいいんじゃないの？たぶん全部が理解できるとは思えないけど、調べることで光はいろんな色の光が混ざっていることを知ったり、数式に興味を持ったりして成長していくんだと思うんですよね。だから、分からないときは見栄をはらずに一緒に調べたらいいと思います。
