自転車と家族の日記

My Life with bicycle

空が青い理由を考えた

写真は白山山頂
RIMG0211hakusan.jpg

空は青い.雲は白い.当たり前だけど,何でそうなるのか?
考えてみた.

地球上の光の大部分は太陽から来てる。
太陽の表面温度は約6000℃.エネルギーが高いので,大量の電磁波が放出されてる.

電磁波は波長の短い方から,

ガンマ線  放射性セシウムから出るの
X線    レントゲンに使うもの
紫外線   日焼けするやつ 実はDNA障害はガンマ線より強い
可視光線  これは言わずもがな
赤外線   あったかーくなるやつね
電波    広い範囲のデータを送るのはこれですな.テレビなど

その中で太陽から来る電磁波の大部分は可視光線なんだけど,その波長は0.4 μm - 0.7 μmで極めて狭い範囲のもの.

なぜこの範囲の電磁波だけが見えるのか?これは人間が0.4 μm - 0.7 μmの電磁波を感知できるように進化したってことでしょう.我々の目が発達するときに,情報のやり取りに便利なように可視光線の電磁波に反応する細胞(錐体細胞)が分化してできたんでしょうね..

もし,錐体細胞が長波の赤外線しか反応しないなら,赤外線ってあらゆるものから出てるので,まぶしすぎて使い物にならんでしょう.

下に電磁波の中の可視光線を取り出して,それぞれの波長でどのような色と感じるのかを示すと(wikiから)
kashikousen925.jpg
(単位はnm)

となる.

当たり前だけど両端は黒い.錐体細胞が感知しにくいからですね.

図のように波長450nmの電磁波は青、600nmのは赤く感じる。
このあたりの波長の電磁波がもっとも多く地球に降り注いでいるってことになる.

さて、ここで問題なのは、地球には大気があるってことだ。
大気の中には、窒素、酸素、アルゴン、水蒸気などの分子もあれば、もっと大きな塵や雲粒もある。
ちなみに雲粒の直径は10μmくらい、赤血球と同じくらいなんですね。
可視光の波長と比較するとはるかに大きい.赤外線の波長に相当する.

電磁波は宇宙空間ではまっすぐ進むが、物体に当たると散乱します。

(気象参考書より)散乱の仕方は大まかに2つに分けられて
1,レイリー散乱
2,ミー散乱
があります.

レイリー散乱は空気中の分子のように,電磁波の波長に比べてごく小さい物体での散乱で,散乱の強さは波長の4乗に反比例する.青と赤では波長が1.5倍くらい違うので,青の方が約5倍くらい散乱することになる.ということで,太陽光が地球大気の様々な分子に当たったときに,青い方が散乱が強いので空が青く見えるらしい.確かに空は青だ.

一方,ミー散乱は,比較的大きな粒子で散乱する場合で,,雲粒なんかそうですね.
これは,波長に依存しない.つまり,青も赤も同じように全ての可視光が散乱することになる.
だから白く見えるってことになる...らしい.

若田光一さんのブログには宇宙空間から見た太陽の写真が掲載されている.
img_589368_18698446_3.jpg

宇宙空間では散乱がほとんどないので,当然空は暗い.
太陽の色は?可視光のどの波長も減衰しないので白く見える.

じゃ,夕焼けはどうや?
2013-09-12 012yuuyake

夕焼けは太陽光線が長く大気を通ってくる.ということはレイリー散乱により,青い光の方が散乱が強く減衰する.

昼間だって同じだろ?って思ってたけど,実は昼間の太陽光も赤に比べて青は減衰してる.
だから赤にシフトして黄色っぽく見える.

夕焼けはさらに青の減衰が進むので,より赤にシフトするってことだな.

アラフィフになって,大真面目に空の青いわけを調べているのって,脳内ファンタジーですな(苦笑).

なお,上記が真実かどうかは責任を持ちません.
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  1. 2013年09月25日 21:11 |
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