なぜ空は青く、夕焼けは赤いのか

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日中の空は青く見えますが、日の出や日の入りの 때는 しばしば赤やオレンジ色に輝きます。この現象は主に、太陽光が地球の大気とどのように相互作用するかによるもので、「レイリー散乱」として知られています [1]。

青い空

私たちの目には白く見える太陽光は、実際には虹のすべての色で構成されており、それぞれが異なる波長を持っています [2]。地球の大気には、主に窒素と酸素からなる微小なガス分子が含まれています [1]。太陽光が大気圏に入ると、これらの小さな分子が光をあらゆる方向に散乱させます [2]。

レイリー散乱の法則によれば、波長の短い光は波長の長い光よりもはるかに効率的に散乱されます [1]。可視スペクトルの中で青色と紫色の光は波長が最も短く、そのため大気中の分子によってより激しく散乱されます [3]。青い光が空全体に散乱されるため、私たちの目には空が青く見えるのです www.nesdis.noaa.gov。

紫色の光は青色よりもさらに波長が短く、より激しく散乱されますが、人間の目は青い光に対してより敏感です。さらに、一部の紫色の光は上層大気で吸収されるため、私たちは空を紫色ではなく青色として認識します [4]。

赤い夕焼け

日の出や日の入りの際、太陽は地平線近くに低く位置しています。つまり、太陽光が私たちの目に届くまでに、地球の大気をより厚い層を通らなければならないことを意味します weather.metoffice.gov.uk。この長い経路を通る間に、ほとんどすべての青色と紫色の光が散乱し、実質的にフィルタリングされてしまいます www.nesdis.noaa.gov。

大気を直接通り抜けて目に届くのは、波長の長い色である赤、オレンジ、黄色です。これらの色は散乱される効率がはるかに低く、厚い大気層をより直接的に突き抜けることができるため、日の出や日の入りに見られる劇的な赤やオレンジ色が現れるのです weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov。

汚染と塵の影響

大気汚染や塵は、日の出や日の入りの色を大きく変えることがあります [2, 7]。塵、煙、汚染によるエアロゾルなどの粒子は、一般的にきれいな大気中のガス分子よりも大きいです。これらの大きな粒子も光を散乱させ、適量存在する場合、青い光の散乱を強め、さらに鮮やかな赤やオレンジの色合いをもたらすことがあります [2]。しかし、大きな粒子が過剰に存在したり、非常に大量にある場合は、すべての波長の光を無差別に散乱させるため、空がかすんでいたり、くすんで見えたりすることがあります [2]。

他の世界の空

月のように十分な大気を持たない惑星では、太陽光を散乱させる分子がないため、日中であっても空は黒くなります [8]。火星では、薄い大気中に微細な塵が充満しているため、空は通常、バタースコッチ色、黄褐色、または赤オレンジ色に見えます [8]。酸化鉄を豊富に含むこの火星の塵は、青い光を吸収し、赤や黄色の光をより効果的に散乱させます。興味深いことに、火星の日の出や日の入りでは、太陽が地平線に低くなると、塵が青い光を観測者の方へ前方に散乱させるため、太陽の周囲が青っぽく見えることがあります [8]。