光の性質について

こんにちは。公務員試験で物理を学習中に光についての問題で疑問を抱き理解できませんので質問させていただきます。
光の散乱についての問題ですが、昼間空が青く見えるのは大気中の短い距離を光が通過し、青色の波長は短いので分散されやすいので空が青く見えることは理解できます。しかし問題集の解説には夕方赤く空が見えるのは光が大気中の長い距離を通過し、青色は多く分散されてしまい赤色はあまり分散されずに進むので赤く見えると書いてあります。

昼間空が青くなるのは青色が多く分散されるから、から導くと夕方空が赤く見えるのは赤色が多く分散されるからではないのでしょうか？

分散されると見えるのでしょうかそれとも分散されないと見えるのでしょうか？

No.5 回答者： kothimaro 回答日時： 2013/12/08 21:52

光の反射で空の青色を説明しようとすると、何故青い光のみが反射するのかと言う疑問が沸き起こります。

大気中には、多くの微粒子が存在し、青い光がその微粒子により乱反射(あらゆる方向への反射)して、本来月の空の様に真っ暗であるはずの空が、青く光ると説明されます。しかし、青い光のみが反射するのは、何故でしょうか。微粒子が青い色をしている時のみ、青い光が乱反射します。しかし、全ての微粒子が青い色をしている訳ではありません。

大気中には、多くの細かい水滴が含まれています。この水滴は、プリズムの様に光を屈折させます。青い光は赤い光よりも波長が短く、プリズムにより大きく屈折させられます。それに比べ、赤い光は波長が長く、余り屈折しません。

即ち、青い光は多くの水滴によりあらゆる方向へ屈折させられ、全ての方向から地上に降り注ぎます。これに対して、赤い光はあまり屈折せず、太陽からまっすくに地上に届きます。従って、空全体は青い色をしているのです。

No.4 回答者： Hikaru99 回答日時： 2013/03/22 10:33

こちらに説明があります。

空の色はどうして青色？
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2010/06/pos …

波長の長い光が遠くまで届くことは、簡単な実験で確かめることができます。
ペットボトルに水と牛乳を数滴入れてフタをしえよくかき混ぜます。
ペットボトルの底から懐中電灯の光を当てます。
横から見てみると、No.1やNo.2さんの言われている現象を確認することができます。

No.3 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/03/21 14:58

確かにわかりにくい説明ですね。

鋭い人なら矛盾していると気がつくでしょう。
色覚の正しい説明抜きに説明しようとすると確かにそう説明するしかないのです。

　太陽からの光は可視光線のすべての波長を含んでいます。均等なわけではありません。実際には中波長(緑)の成分--太陽の色温度(6000°)---が多いのですが、すべての波長を含んでいるため、可視光線のすべての波長を反射する物体が白く見えます。--光の波長と色は別物です--。

　大気によって太陽からの光は散乱(レイリー散乱- http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AC%E3%82%A4% … )されますが、波長の短い光ほど良く散乱される。逆に言うと波長の長い光は遠くまで届く。
　散乱された光は横からも見えますからそれが空を青く染めます。空が青く見えるところは太陽光線が大気中を進んでいるところを横から見ていることになります。そのとき、地上の他の物体にはその太陽光線を受けて、やはりそこからも目に光が届きますが私たちはそれらを集計して周囲の光線のスペクトル成分を把握して、それぞれの物体が何色をしているかを判断します。雲が白く見えます。
　光源が偏っていても色を見分けることが出来るからです。その結果、空からは青い光が多く届いているので空は青い色をしていると錯覚してしまいます。

　夕方の太陽光は大気中を長い距離通過してきますから、波長の長い光は大部分が散乱されて少なくなっています。こうして届いた光が雲やチリに当たって散乱されると--これは粒子が大きいため波長は関係ありません--赤く見えます。
　「夕方空が赤く見えるのは」ではなく、空は相変わらず青く見えるはずです。雲は赤く見えます。またチリが多いと空自体が赤く見えることはあります。ここの説明が問題でしょうね。

　日没直前には、不思議なことに太陽も赤く見えます。
　　そのとき周囲の空は、さらに赤いわけではありません。
　
　実際に、この話題はとっても難しくって、一言で説明しようとすると、
『これから波長の短い青は赤よりも多く散乱される。「夕焼け」・「朝焼け」は太陽と観測者の間に大気の存在する距離が日中と比べて長くなり、散乱を受けにくい赤色が届くことによる。一方で、日中には波長が短い青が観測者の方に散乱されることにより、空全体が青く見える。( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AC%E3%82%A4% … )』と説明せざるを得ないのです。しかし、この説明には空が赤く見えるとは書いてない---書けないのです。

　添付図ですが、空が緑に見えることはありません。夜空の星に緑の星がないように、これも目の色覚システムの問題です。

この回答へのお礼

大変わかりやすい説明の仕方をしていただきありがとうございます。理科することが出来ました。

お礼日時：2013/03/21 15:37

No.2 回答者： lazydog1 回答日時： 2013/03/21 12:37

　同じ仕組みなのに色が対照的に違うのはなぜかということですね。

　まず昼間の青い空ですが、ご理解されておられる通りです。ただ、そこに減衰ということも加わります。確かに波長の短い光ほど散乱されるわけですが、散乱と同時に光は弱まっても来ます。

　それでも、昼間はかなり真上付近から太陽光が差し込むので、青い光の減衰がそれほどでもなく、一面の青い空となります。

　もし大気の層がずっと厚かったら、青い光は散乱しつつ減衰していき、ついには届かなくなります。残るのは波長が長めの赤みがかった色の光になります。

　それがまさに太陽が傾いた夕方の状況です。斜めから太陽光が差し込むため、大気を通る距離が昼間よりずっと長くなり、赤みがかった光だけが届くようになります。

　夕方は太陽から届く光が赤みがかっているため、空も海も大地も赤みを帯びやすくなります。雲が赤くなったり、大気に赤い光を散乱しやすい塵などが多いと、一面が赤い夕焼けになります。

No.1 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2013/03/21 12:00

添付図のとおり、空気中を通ってくる光を正面からみれば赤く、横からみれば青く見えると言うことです。

本当は白色から赤っぽい光にグラデーションにならないといけないんですが、教えてgooのお絵かきツールがそんな高度なことはできないので、こんな絵ですいません。