なぜ空は青いの？
まず答え
太陽の光が大気の分子に当たると、あらゆる方向へ散らばります。このとき 青い光ほど強く散らばるため、散らばった青い光が空一面から目に届きます。 国立天文台はこの現象をレイリー散乱と呼び、青い光ほど強く散乱されると 説明しています。空そのものが青いのではなく、散らばった光を見ています。
理由を分解する
「原因」と「目的」、確認できたことと確認できていないことを分けて示します。
大気を構成する分子に光が当たると、光はいろいろな方向へ散らばります。 国立天文台はこれをレイリー散乱と呼び、この散乱では 青い光ほど強く散乱される、と説明しています。
太陽の光にはさまざまな色が混ざっていますが、そのうち青い側が 優先的に散らされます。色が付け加わるのではなく、選り分けられている という点が大事です。
散乱は、光の進む向きを変える現象です。まっすぐ目に入るはずのなかった光が、 向きを変えて目に届きます。
国立天文台は、この散乱された光が目に届くため日中の空は青く見えることになる、 と説明しています。太陽のある方向だけでなく空のどの方向を見ても青いのは、 散乱がいたるところで起きているからです。
同館は、遠くの景色がどれも青みがかって見えるのも、この散乱光が原因だとしています。
散乱する相手がいなければ、この現象は起きません。
国立天文台は、ほぼ大気のない月面上ではレイリー散乱は起こらず、空は暗いままだと 記しています。太陽が出ていても、空は青くなりません。
また、地球に比べて大気の薄い火星ではレイリー散乱の影響が小さくなり、 大気中の塵の影響でむしろ空が赤みがかって見えるとも説明されています。 空の色は、その星の大気が決めています。
よくある説は本当？
世間で言われている形のまま検証します。断定できないものは断定しません。
誤りの可能性が高い
「空が青いのは、海の青が空に映っているからである」
逆です。海が青いことと空が青いことは、どちらも光の性質による別々の現象で、 片方がもう片方を映しているのではありません。
決定的なのは月面の例です。国立天文台は、ほぼ大気のない月面上では レイリー散乱が起こらず空は暗いままだと記しています。月面には海がありませんが、 仮に海があっても空は暗いままです。逆に地球では、内陸の砂漠でも空は青く見えます。
空の色を決めているのは地表ではなく、そのあいだにある大気です。
根拠不足
「青より紫のほうが波長が短いのに、空が紫に見えないのはおかしい」
指摘としては正しい観察です。波長が短いほど強く散乱されるなら、 紫がもっとも強く散乱されるはずです。
これについては「太陽光に含まれる紫の量が少ない」「人間の目が紫に鈍い」 といった説明が流通しています。ただし今回確認した資料には、この点の説明が ありませんでした。
本サイトでは、確認できるまで「根拠不足」として扱います。 もっともらしい説明を、確認せずに書き足さないためです。
もし地球に大気が無かったら？
昼でも空は暗いままです。これは想像ではなく、実際にそうなっている場所があります。
国立天文台は、ほぼ大気のない月面上ではレイリー散乱は起こらず、空は暗いままだと 記しています。月面の写真で、太陽が照っているのに空が真っ黒なのはこのためです。
空の青は、地球が大気をまとっていることの目に見える証拠です。
空に色が付いているわけではない
「空は青い」と言いますが、空という物体があって、それが青く塗られているのではありません。 見ているのは、大気で向きを変えられた太陽の光です。
太陽の光にはさまざまな色が混ざっています。そのうち青い側が優先的に散らされ、 空のあちこちから目に届きます。だから太陽を見ていなくても、空はどの方向も青い。
同じ仕組みが、夕方には赤を作る
面白いのは、朝夕の赤も同じ現象で説明できることです。
国立天文台は、朝や夕方のように太陽高度が低くなると大気の間を通る距離が長くなるため、 より長い波長の光も散乱されるようになり、散乱されにくい赤い光が強くなる、と説明しています。
| 昼 | 朝・夕 | |
|---|---|---|
| 太陽の高度 | 高い | 低い |
| 光が大気を通る距離 | 短い | 長い |
| 散らされる色 | 主に青 | 青に加えて緑・黄も |
| 残って目に届く色 | 散乱した青 | 散乱されにくい赤 |
別々の理由ではなく、条件が違うだけです。この記事が扱っているのは、 そのうち「昼の側」になります。
月や星も、低いところでは赤くなる
同じ理屈は太陽以外にも当てはまります。国立天文台は、大気による現象なので 月や恒星も高度が低くなると赤くなる、としています。地平線近くの月が オレンジや赤に見えるのは、月自体が変化しているからではありません。
出典について
この記事の出典は国立天文台 暦計算室の1件です。通常このサイトでは、 複数の資料が一致しているかを重視します。
ただしここで扱っているのは、歴史的な経緯や意思決定ではなく、 争いのない物理の説明です。「誰がなぜそう決めたか」を突き止める必要がある 種類の問いではないため、確実性は「確立」としています。
一方で、確認できていないことは確認できていないと書きます。 「なぜ紫ではないのか」については上の俗説検証のとおり、 確認できた資料に説明がありませんでした。
何が確認できて、何ができていないか
| 主張 | 状態 |
|---|---|
| レイリー散乱では青い光ほど強く散乱される | 国立天文台が公表 |
| 散乱光が目に届くため日中の空は青く見える | 国立天文台が公表 |
| 大気のない月面では空は暗いまま | 国立天文台が公表 |
| 太陽高度が低いと赤い光が強くなる | 国立天文台が公表 |
| 空が紫に見えない理由 | 確認できず |
| 海の色が映っている | 資料と整合しない |
根拠・出典
URLの実在と、引用が本文に実在するかを機械的に検証しています。
