空はなぜ青い、についての話で

夕日が赤い理由はわかります。
太陽光が長い距離大気中を通過して、散乱されずに地上に届いた光が赤（や黄）だからですよね。

ところが、私は空が青い理由が理解できません。
私の理解だと

昼間、青色が大気中で散乱される
→青以外の色の光が地上に届く
→人間の目に見えるのは青以外
→赤、黄、etcの合成色では？

となってしまうのです。

どなたか私の間違いを正してください。


※「散乱」という言葉がネックのような気もします。
　昼間は散乱「される」から青が「見える」と説明され
　夕方は散乱「されない」から赤が「見える」と説明されます。
　→なんか説明が矛盾してません？

No.1 ベストアンサー 回答者： honekajiri 回答日時： 2012/08/27 21:59

→青以外の色の光が地上に届く

→人間の目に見えるのは青以外
→赤、黄、etcの合成色では？

これは空の色ではなく太陽の色のほうの説明ですね
最初に書かれた夕日が赤い理由と一緒

空が青く見えるのは散乱された青い光の一部が地上に届きそれが目に入るから
散乱された光が進んだ先の大気でさらに散乱されたりもする
その繰り返しで空全体が青く見える

この回答へのお礼

なるほど！

わかれば簡単ですね＾＾

ありがとうございました。

お礼日時：2012/08/27 22:38

No.6 回答者： cozycube1 回答日時： 2012/08/28 06:26

　晴天の空は青く見えるのが普通ですが、これは太陽光が地球の大気に入り、大気の空気分子に当たって、入射光の方向とはちがう方向に散乱されたものが目に入るときに、青の光が主になるからです。

　大気圏外の宇宙船、宇宙ステーションや月面から見た空は、たとえ太陽が見えていても、そこ以外は真っ暗です。光が散乱しないからです。

　散乱現象は散乱される光の波長と、散乱をおこす粒子の大きさに関係します。散乱現象についてはレーリーの法則というのがあります。

　これは光の波長に比べて粒子が小さい場合に適用されるもので、散乱光の強さは入射光の波長の4乗に逆比例します（マイナス4乗に比例）。

　太陽光の中には赤から紫までの波長の光が含まれていますが、赤の波長は紫の波長の2倍くらい長いです。それで波長の長い方、つまり赤に近い色の光の散乱はずっと弱くなります。

　そうした散乱が強く起こる波長のものを足し合わせる感じで、空の色は青く見えます。

　日の出、日没のときの朝焼け、夕焼けの赤い空の色も同じ法則で説明できます。散乱した青い光が宇宙に逃げてしまい、赤い光の散乱が残ります。

　さらに、もっと粒子が大きいときの散乱現象についてはミーの散乱則(この現象を研究した学者の名前)があります。

　それによると、散乱を起こす粒子の大きさが、光の波長に比べてずっと大きいときは、散乱光の強さは光の波長に無関係になります。

　霧や雲を作っている粒子は、光の波長よりずっと大きいので、霧や雲に光が当たると全ての波長が散乱して、白く見えます。白は太陽の全ての可視光の色です。

　また大気中に浮遊する塵や細かい水滴なども、その数が多くなると空の青い色は薄くなって白っぽくなります。大気汚染がなければ、春より秋はそうしたものが少ないため、一段と空が青く見えます。

No.5 回答者： kagakusuki 回答日時： 2012/08/28 02:11

　光は波であり、波の山の部分から次の山の部分（或いは谷から谷まで）までの距離を波長と言います。

　光に限らず、波は波長の半分の長さよりも小さなものには邪魔されないという性質があります。
　つまり、空気中に光の波長の半分よりも直径が小さなほこりが沢山浮遊していても、光はそこまで小さな埃には邪魔されませんから、そのまま真っ直ぐ進む事になりますから、その空気は透明で、ほこりが何も無い様に見えるのです。
　赤い光とは、可視光線（目で見る事の出来る光の事）の中でも波長が長い光の事を言い、その波長はだいたい0.00062～0.00075mmの範囲になります。
　一方、青い光とは、可視光線の中でも波長が短い光の事を言い、その波長はだいたい0.00045～0.000495mmの範囲になります。
　つまり、0.00025～0.00031の範囲の直径を持つほこりは、赤い光にとっては透明ですが、青い光にとっては邪魔ものになる訳です。

　空気中には様々な大きさのほこりが浮遊していますから、その中には青い光だけを邪魔するほこりもあり、そのため、赤い光に照らされるほこりの数よりも、青い光に照らされるほこりの数の方が多くなります。
　その結果、太陽光線が空気中を進んでいく途中で、赤い光の一部も大きなほこりで散乱されますが、青い光の方がそれよりも多く散乱される事になります。

　処で、空気はその80％以上が高度12km以下に、99％以上が高度32km以下に存在していて、高度が高くなる程、空気は少なくなっています。
　濃い大気の層の厚さには限りがあるため、明け方や夕方の様に、太陽が地平線に近くにある場合、太陽からの光が、空気中を通って来る距離が長くなります。
　空気中を通る距離が長くなれば、それだけ多くの青い光が大気中のほこり等に散乱されて、光が最初に進んでいた方向とは異なる方向に散らされますから、空気中を長い距離進んだ後の太陽光線には、青い光が含まれている割合が少なくなります。
　青い光の割合が減って、赤い光が残るのですから、太陽が地平線に近くにある時は、地上にまで届く太陽光線に含まれている赤い光の割合が多くなりますので、太陽光線は赤っぽく見える事になります。
　赤い光で照らされるのですから、雲や、空気中のほこりも赤っぽく見える様になり、そのために、空が赤くなって見える訳です。
　これが明け方や夕方に、太陽や空が赤く見える理由です。

　一方、昼間は太陽が地平線から離れた方向から照らしているため、太陽からの光が、空気中を通って来る距離は比較的短くなります。
　そのため、光が大気中のほこりに散乱される程度が少ない内に地上にまで到達するため、青い光の割合もあまり減らない事になります。
　そのため、太陽がある方向から来る光は、全ての波長が含まれたままとなりますので、昼の太陽そのものは白っぽい色（？）に見える事になります。
　処で、昼間の空の内、太陽がある方向以外の方向に目を向けた際には、太陽が発した光が直接目に入って来る事はありません。
　目に入って来る光が全くなければ、真っ暗闇となり、目に映る色（？）は黒のみとなる筈です。
　もし、大気が完全に透明であるとしますと、太陽光線は、大気中では真っ直ぐに進むだけとなりますから、太陽や星と言った何らかの光源がある方向以外の方向からは、空を見ている人間の目のある場所には光がやって来ない事になり、空は真っ黒に見える筈です。
　しかしながら、実際には昼の空は黒く等はなく、青い色に見えます。
　空が青く見えるという事は、空を見た際に、青い光が目に入って来ているという事になります。
　先述しました様に、青い光は大気中のほこり等によって散乱され、進む方向が四方八方に変わってしまいます。
　大気が存在していて、青い光を含んでいる光で照らされている場所であれば、空中のどの場所であっても青い光が四方八方に散乱されているのですから、空のどの場所をどの方向から見ても、青い光が眼に入る事になりますので、空は青く見える事になる訳です。
　又は、大気が青い光をより強く散乱する傾向があるのは、大気中に浮遊している、光の波長の半分程度のサイズのほこり等が、赤い光をあまり遮らずに素通しし、青い光を乱反射しているためなのですから、言い換えますと、空の青い色は、青い光に照らされた空気中のほこりの色であるとも言えます。　

No.4 回答者： umayado009 回答日時： 2012/08/28 00:17

No.2の捕捉です。

雲が白く見えるのと原理は同じです。

雲の粒子は水滴なので光の全色を均一に散乱して地上に到達するので白く見えます。

同じように青だけ散乱して地上に到達すると青く見えます。

No.3 回答者： okormazd 回答日時： 2012/08/27 23:20

「昼間は散乱「される」から青が「見える」と説明され

　夕方は散乱「されない」から赤が「見える」と説明されます。」

この説明に不備があるからです。散乱だけでは説明ができません。

昼
太陽はおおむね(頭)上にあるので、空気層の上の部分には広く太陽の光が降り注いでいます。この光の青色部分が空気層で散乱されます。空を見上げた方向の空気層は青色光を散乱するので、この方向の青色光は弱くなりますが、この方向の周りの空気で散乱された青色光が入ってくるので、目に届く青色光は弱くはなりません。
一方太陽から出た赤色光は散乱されないので、太陽の方向ではそれなりの強さがありますが、太陽から離れた方向を見上げても赤色光は目に届きません。見上げた方向が太陽の方角なら、青色光も赤色光も目に届いて強い白色光になりますが、太陽から離れた方角では、赤色光は斜めに通過しているだけで目に届かず、散乱された青色光が目に届いて青空になるのです。

朝、夕
昼と違って、太陽光は、薄い空気層に横から入射しています。太陽方向で青色が散乱されて、この方向から出ていくので弱くなります。上下の方向に空気は無いので青色は散乱されず、したがって、太陽方向に入ってくる青色光はありません。太陽方向で青色光は散乱されて出て行くだけで入ってくるのが無いので、散乱されなかった赤色が残って、太陽は赤く見えます。

要するに、散乱された光が出て行くだけなのか、周りで散乱された光がまた入ってくるのかの違いで、これが重要なのです。

なお、太陽が赤く見えるのと、夕焼けとではちょっと違う別の話です。

No.2 回答者： umayado009 回答日時： 2012/08/27 23:13

日中空が青く見えるのは青い光の波長が短い為に大気中に散乱して他の色とは別行動を取ると考えると分かり安いと思います。

青意外の他の色は同時に地上に到達するので白というか透明の光として観測されます。

青い光だけ一旦大気中に散乱して時間をおいて地上に到達します。

青い光だけ空全体から降ってくるような感じです。

夕焼けが赤い理由は後で回答します。