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空はなぜ青い? 

今回はカラーサイエンスのTIPS第三弾
決して難しい話ではないので気軽に読んでください。

抜けるような青い空のもとでのクライミングは大変気持いいですね。
高山に行くほど、空の青さは深く、紺色に近くなります。

PA060056s.jpg
上越 巻機山 米子沢 上流部(2007.10)


ところで、何故空は青い?と問われて正確に答えられる人は意外に少ないのではないでしょうか?
春は霞んだような水色で、秋は抜けるような青。そして高山では紺碧の空。


ちゃんとした理由があります。

カラーサイエンスの1回目で色の成分の話をちょっとしました。
虹を見ても分かるように、光は紫、青から赤にかけての目に見える成分を持っています。(可視光線)

光には波長があり、紫、青は波長が短く、赤は長い波長を持ちます。
波長を水面の波に例えると、青はさざ波で赤は大きくうねった波になります。

図1

空には空気の分子や細かい塵、水蒸気の粒子があります。
太陽の光が地上に到達するまでに、この空気中の粒子に光が当たり、散乱してしまいます。

ここで、光の波長を考えてください。

細かい波ほど、こういった粒子に衝突する頻度が高いということが分かります。

       sannran.jpg



また、気体分子に衝突した場合も波長の短い青い光ほど、より多く散乱します。

※正確には光が気体分子に衝突する場合、波長の短い、すなわちエネルギーの高い青の成分がより強く気体分子を励起し、散乱(レイリー散乱)を起こして空いっぱいにばら撒かれます。
 レイリー散乱は光の波長より小さい粒子に対して発生する散乱で、波長の4乗に反比例するので、例えば波長が1/2だとすると散乱は16倍になります。

レイリー散乱係数(nは粒子数 dは粒子径 mは反射係数 λは波長)

        501bfe8c09fba046bf59c321c9f0c9c7.png
       sannran2.jpg

このように、空気中の粒子によって波長のより短い「」の光の成分が空全体に散乱するので、結果として空は青く見えます。


春は空気中に浮遊する微粒子(主に水蒸気)の数が多く、太陽光全体(白)の散乱(ミー散乱)がかぶり、全体に白っぽく霞んだ色になります。
ミー散乱は光の波長より大きい粒子で発生する散乱です。(球形の粒子)

逆に、秋の空や高山では水蒸気などの微粒子の数が少ないため、ミー散乱が少なくなり、波長の短い光(青)の成分が支配的となって紺碧の空になります。

実際、澄んだ空気の3000mの高山では黒に近い紺色の空を見ることがあります。
空気中の散乱がなければ空は真っ黒なんですね。


では、夕焼けは何故オレンジ色なんでしょうか?
ちょっと考えれば分かります。次回までの宿題ということで!



うーん、紺碧の空のもと、クライミングに行きたい!

DSCN0676s.jpg
北岳バットレス 第四尾根(2004.10)


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No title

はじめまして、
常に刺激を求めてデザイナーをしている者です。
突然のコメント、申し訳ございません。
カラーサイエンス、大変勉強になりました。
個人でも勉強していきたいと思います。
これからもこっそり更新を期待しております。
ありがとうございました。

(ちなみに僕はボルダリングしてます。)


Re:

コメントありがとうございます。
デザイナーの方ですか。釈迦に説法みたいで恐縮します(^^;
私は以前、印刷製版機器のメーカーに勤めており、カラー変換やCMS(カラーマネージメントシステム)の開発にも携わっておりました。
Photoshopなんかもよく使いますよ!

カラーサイエンスのTipsは定期的に書いていきますので、また覗いてやってください。

P.S.ボルダリングされてるんですね。私も時々室内壁に行きますが、最近のボルダラーがトライしている課題の難易度にはついていけません。
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ひろろ

Author:ひろろ
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刺激が行動原則です。
クライミング、沢登り、ランニング、パラグライダー、音楽、アコギ、ロック、プログレ、画像処理、カラーサイエンス…京都からの発信です。

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