気象学｜空はなぜ青い？｜レイリー散乱と太陽の光が地表に届くまで｜

みなさんこんにちは、Ysです。

久しぶりの投稿です。
本日は気象学です。

「空はなぜ青い？」

中学校の理科や高校の物理で習ったはず。

でも意外と覚えていないですよね。

太陽の光が地表に届くまでの仕組みを復習しましょう。

そして「空はなぜ青いの？」と子供から聞かれたときにカッコよく答えられる大人になりましょう。

まとめると以下の通りです。

• 太陽光は白色光であり、様々な波長（色）の光を含む。
• 空気分子との衝突により太陽光が散乱（レイリー散乱）する。
• レイリー散乱は波長が短い光の方（赤、緑よりも青）が強く散乱する。
• 昼間は強く散乱した青い光が人の目に届く。

この説明で十分かもしれませんが、少し噛み砕いて説明していきます。

太陽光の特徴

光は波の性質を持っています。

太陽光は白色光と呼ばれるは様々な波長の光を含んだ光です。

波長についてです。

厳密ではないですが「エネルギーの塊が振動しながら進んでいて、1回振動する間に進む距離」のようなイメージを持って頂ければ良いかと思います。

光の速度は一定なので振動の速さの違いとイコール（振動が速いほど波長が短い）になります。

波長と色の関係

我々が普段認識している色の違いは目に届く光の波長の違いによるものです。

スマホの画面の色は画面から異なる波長の光を出しているということです。

そして紙に書いたペンの色の違いは紙に反射して人の目に届いた光の波長が異なるということです。

ちなみに赤、緑、青の順で波長が長い（赤が長い、青が短い、緑がその間）です。

波長の長い光が我々の目には赤く見えて、波長が短い光は我々には青く見えるということです。

太陽光は白色光であり白色光とは様々な波長の光を含む、つまり太陽の光は「様々な色の光を含んでいる」ということですね。

レイリー散乱

光が空気中の分子と衝突すると反射します。これを散乱と言います。

衝突する物質の大きさによって散乱の仕方が変わりますが、空気中の分子のような非常に小さいものと衝突し散乱することをレイリー散乱と言います。

一方、雲の水蒸気の粒のような比較的大きいものと衝突し反射する現象はミー散乱と呼ばれます。

レイリー散乱の特徴は「波長が短い光程強く散乱する」です。
※波長の長さの4乗に逆比例するらしい

つまり、赤や緑の光よりも青い光の方が波長が短く強く散乱するということですね

強く散乱した青い光が人の目に届く

そのままですね。

昼間は太陽が地表の真上にあるため、太陽の光が我々のところまで一直線で向かって来ます。

よって光が地表に届くまでの距離が短く、空一面に強く散乱した青い光が我々の目にまでしっかりと届きます。

逆に夕方は太陽の光が地表に届くまでの距離が長くなってしまい、散乱した青い光が我々の目にまで届きません。

最後に

いかがでしたでしょうか。

天気の良い日はぜひ空を見上げて「今日も太陽からの白色光がしっかりとレイリー散乱しているなー」と日頃から思っておけばもう忘れないはず！

今回の内容を理解すれば、虹が7色に見える理由や雲が白く見える理由もわかります。

こちらについてもまた別の機会で触れたいと思います。

最後まで読んで頂きありがとうございました。