空が青いのはなぜ？

晴れた日の空は青く、太陽は黄色く見えます。ところが、地球のまわりの宇宙では空は真っ黒です。では、あの青はどこから来るのでしょう？

海が映っている？

空が青いのは海が映っているから、とよく言われます。でも、海岸から何百kmも離れた砂漠の上でも、空は同じように青いのです。むしろ逆で、海に空が映っているのです。

太陽の光は、実は虹のすべての色が混ざったものです。ガラスのプリズムを使うとわかります。光が赤から紫までの色に分かれるのです。

光は波で、色の違いは波長の違いです。赤い光は波長が長く、青や紫の光は波長が短いのです。どれもとても短く、1mmの2000分の1ほどです。

空気は窒素や酸素のとても小さな分子でできていて、その大きさは光の波の1000分の1ほどです。ほとんどの光は分子のそばを素通りしますが、ときどき分子が光の一部を別の方向へそらします。これを「散乱」といいます。

光が当たると分子が揺さぶられ、今度は分子自身がまわりへ光を出します。波長の短い青い光ほど分子を速く揺らし、速く揺れるほど多くの光が散らされます。こうして青は赤のおよそ5倍も散乱され、赤はほとんどそのまま空気の中をまっすぐ進みます。

太陽以外のどこを見ても、目に入るのは空気の分子がこちらへ向けてくれた光です。その光はおもに青なので、空全体が青く光って見えます。空気がなければ、月面のように昼でも空は真っ黒です。

空に見える青は、太陽からまっすぐ届く光からは抜けています。青の一部が欠けると、光は黄色っぽく見えます。軌道上の宇宙飛行士には太陽が白く見えます。空気を通さずに見ているからです。

紫の光は波長がさらに短いので、もっとよく散乱されます。けれども太陽の光には紫が青より少なく、人の目も紫をあまり強く感じません。そのため、散乱された色が混ざった光は青に見えるのです。

夕方の太陽の光は斜めに差しこみ、昼よりずっと長い距離、空気の中を進みます。途中で青はほとんど散らされてしまい、目に届くのはおもにオレンジと赤の光です。

背の高いコップの水に牛乳を数滴たらし、暗い部屋で横から懐中電灯の光を当ててみましょう。横から見ると水はほんのり青く、コップの向こうの壁に映る光はオレンジ色になります。牛乳の小さな粒が、空気と同じように光を散乱させているのです。

太陽の光は色の混ざりものです。空気は波長の短い青を長い赤よりずっと強く散乱させるので、青い光は空全体から届きます。そのぶん太陽からまっすぐ来る光では青が少し欠け、太陽は黄色く見えます。夕方には青がほとんど抜けて、赤が残ります。