本当は青くないのに青く見えるもの謎

質問

その１　静脈：血管が青く見える理由は、皮膚の中で血液　の赤色光が乱反射されてしまい、青っぽく見えると書か　れたものを見たことがあるが、納得できない。
その２　青い目：眼の虹彩にはメラニン色素が含まれ、こ　れが多いと黒、薄くなるにしたがって、茶、青、グレー
　になるらしい。これも静脈と同じ原理なのか否か。
その３　遠い山：遠くの山〔緑〕は遠くかすんで見える時　青っぽく見える。そもそも、植物のクロロフィルは赤色　光と青紫光をよく吸収するはず。空気の層を通過してく　るとき、乱反射することを考えると、夕焼け理論で赤
　っぽく見えてもいいように思う。
★以上の疑問に答えをください。

回答No.12

physicist_naka · ベストアンサー

No.9の「回答に対するお礼」に対して

なぜ雲は青い光の散乱も快晴時同様に起こっているのに
青白くないのか？という問題ですが、これは単に雲が
青も含めてほとんどの波長の可視光を反射しているので、
白く見えるだけだと思います。白とはそういうものですね。

それともこういう意味かな？
雲は白いけれども、雲と自分との間の空間が青く、
そのため、青白く見えなければならないと。
こういうことでしたら、おっしゃるとおり、車のスモーク
ガラスの例え話は正しく、雲が明るいから白く見える
というのが正解でしょう。

しかし、「遠くの山が青く見え、その上の空の部分が白に
見える理由」ですが、状況としては、雲は一切ないと
考えています。つまり、白いものがない（ただし青白いもの
はある）にもかかわらず、なぜ白く見えるのか、というのが
問題の趣旨だと思っています。
それについての私の考えが、No.9なわけです。
詳しくは後の方に書きました。
もし雲があれば、おっしゃるとおりだと思います。

それからいろいろ実験されているようで、すばらしいですね。
私もやりかけたのですが、どうも色が苦手で何色か判断しに
くく挫折してしまいました。

次に、No.10のnaoppeさんの疑問に対して、

遠くの空から山の上まで来る光は、白ではなく、また、青一色
でもなく青白いと考えています。
わかりやすくするため、以下のようなモデルを考えました。
うっすらと以下の割合で光っているとします。
　　観測者と山の間　→　青：3、緑：2、赤：1
　　山の向こう側　　→　青：3、緑：2、赤：1
で、山の向こう側から観測者に「直接」届く光は、短い波長が
散乱を受けやすいので、
　　青：1、緑：1、赤：1
になったとします。この光が、観測者と山の間の光と足しあわ
されるので、観測者が見る光は、
　　青：4、緑：3、赤：2
となり、青：3、緑：2、赤：1に比べて白っぽくなります。
また当然ですが明るくもなります。

こんな説明でどうでしょうか。

お礼

physicist_nakaさんのお考え、説得力ありますよね。でも・・・素人めのyukkeeとしては、自分の頭の中のストーリーが日に日に修正を加えながらも、どうしても捨てがたい気持ちなってしまうんです。もう一度だけ、別の表現で自分の考えを書かせていただきます。★たとえば、地球を飛び出し宇宙に行けば、見える世界は基本的に『真っ暗』です。空間が真空に近いため、太陽光が周りの空間内で散乱しないためです。地上に降りチョモランマの頂上から周囲を見渡せば、濃い『紺色』の空が見える。地球の大気の成分に太陽光の青色光が散乱したためです。そして自分の住んでる標高２０メートルくらいの地面から快晴の空を眺めると、いわゆる明るい『青い』空が見える。チョモランマよりも太陽光が散乱する大気の厚み、密度、水蒸気・水滴等の量などが多いからです。その地上での曇天の空を眺めると、『白い』空が見える。水蒸気・水滴等の量がさらに多くなり、太陽光のどの成分の光も散乱し、結果として白色光が私たちの眼に届くからです。ただ、青色光の散乱は〔青空〕時同様起こっている(正確に言えば水蒸気の分？、減少している)のだが、白色光が強くて(明るすぎて)、私たちの眼〔脳〕にはそれが感じられない。もし、同じ曇天で白色光がもっと弱ければ(暗ければ)、私たちの眼〔脳〕は青色を感じられるはずだ。たとえば、曇天の日の日没後の暗い空を見てみると良い。単にグレーなのではなく、やや青みがかっている。★晴天の日でも(チョモランマの濃紺の空でも)、地平方向の空が白んで見えるのは、観測者と垂直上方向の空に直線上に存在する水蒸気・水滴等の量よりも、観測者と地平方向に直線上に存在する水蒸気・水滴等の量のほうがはるかに多いため、白色光≫青色光となるためです。遠い山が青っぽくかすんで見えるのは、山そのものが十分に遠いところにあるためモノトーンに見える上、
水蒸気・水滴等による【弱い】白色光の散乱と【弱い】青色光の散乱の結果(【弱い】という単語を使ったのは、観測者ー遠い山間の距離が地平に比べてはるかに短いため）、微妙に青っぽく、かつ幾分乳白色がかった色合いの山が見えるのです。☆☆☆physicist_nakaさん、naoppeさん、みなさん、いろいろご意見ありがとうございました。このような形の意見の交換は私にとってとても新鮮で、刺激的でした。インターネットの本当の楽しさがやっと見えてきたようです。もう１日あけておいて、日曜日にこのテーマは閉じさせてもらいます。また、別のテーマでお会いしましょ！

回答No.14

physicist_naka

私はこれまで「自信あり」として答えましたが、何かの本を
読んだりして特別な勉強をしたわけではありませんので、
間違っている可能性は十分あると思っています。
科学の世界では、自信を持っていても、覆されることは
多いですからね。ですから、「間違っているかもしれない」
と思っていてください。

私も言いたいことが言えて、また、それに真摯に対応してい
ただいたyukkeeさんや皆様に感謝しております。

回答No.13

naoppe

たびたび恐縮です。
physicist_nakaさんの説明でかなり納得しました（yukkeeさん、勝手に納得してすみません）
やはり観測者に届く光は山部と空部では波長の割合が違うんですね。
さすがに物理学者のＨＮを使ってみえるだけのことはあると感心いたしました。
こんなに楽しい質問をしてくださったｙｕｋｋｅｅさんと回答者の方々にお礼を申し上げます。

以後の書き込みを楽しみにしています。
お礼を書く場所が無いのでここに書かせてもらい、アドバイスにチェックします。

回答No.11

Asihana

「静脈血」は「動脈血」にくらべて、鉄分が還元されて黒っぽくなっているので、皮膚を通してみると紫っぽくなる、のでは？
出血の場合は、空気中の酸素で酸化されて赤くなるけど。

回答No.10

naoppe

削除されないことをいいことに、またまた書き込みさせていただきます。（こういう問題は大好きなので）

physicist_nakaさん、ありがとうございました。
＃９のphysicist_nakaさんの回答を読みよく考えてみました。
山の上に見える遠くの空から来る光の中で短波長の青色光が乱反射して割合が減り、その結果空の部分の青さが減り白っぽく見えると理解しました。
空の部分から長波長だけが届き山と観測者との間のかすみで乱反射した青色光と合わさり白色光になるということになると思います。

ところが山の向こうの空から来る光は太陽光が乱反射した光ですからもともと青色に偏った光が遠くの空から山の真上まで来ます。
そこからかすみを通り観測者まで来るまでに青色光は乱反射してしまうのですから山の上の空から来る光はほとんど届かないのではないでしょうか？
それとも遠くの空から山の上まで来る光は青色に偏ってはおらず、白色の可視光線全体なのでしょうか。

どちらにしても観測者と山の間のかすみは山の上に見える部分まで青色光を多く乱反射しているはずです。
山の向こうに空があっても無くてもかすみ全体が青く見えるはずなんですから、山やかすみの向こうの空から青以外の光がかすみを通って届かない限り白く見えないと思うんです。
青以外の光が届いているんでしょうか。

yukkeeさんの言われるように空の部分も山の部分も観測者に届く光は同じ波長の割合であるが、空の部分のほうが光の総量が多いため明度が高くなり青色が見えにくくなるという考えに傾いてきました。

でも青い電球の電圧を上げて明るくしても白く見えないからなぁ（苦笑）
電球だと色が濃いからかな？
電球の青色が薄いと白く見えるのかな？

血管の話ですけど、チン○○の細い血管は赤く見えましたよ（笑）（特に裏側）
太い血管はやっぱり青というか緑というかそんな色でした。

こんなことをいろんな人と話せるなんて楽しいですね^^

回答No.9

physicist_naka

度々で恐縮です。

ｙｕｋｋｅｅさんの言われる、
> 黒っぽい物体を白っぽい媒体（気体、液体、白っぽい紙。。。。）
> を通して見ると青っぽく見える

というのはずいぶん大胆な意見だと思います。もしこれが正しければ
大変興味深いですね。しかし、その論拠となっている、

> 青空理論〔大気の中で太陽光線の中の青色光が四方八方に散乱して
> 強調される〕

の部分に少し誤解があるように思います。空が青色に見えるのは、
（目の錯覚で？）「強調される」からではなくて、実際に青い光が
空の方向からやってくるからです。その青い光は、太陽光が
見ている方角に存在するちり等にあたって、散乱されたものです。

そらから、参考までにNo.6のnaoppeさんの疑問に対して回答します。

> どうしてかすみ全体が空の部分も含めて青く見えないのか（見えている
> のか？）理由を説明できる方いらっしゃいましたらよろしくお願いします。

遠くの山が青く見えるのはよしとして、問題は山の上の空の部分が、
青というよりは白に近いのはなぜかということですね。
まず、光は波長の短い青がよく散乱されますが、それより長い波長の
光も少しは反射します。
で、問題の山の上の空の部分ですが、山がないために、より遠くからの
光が見えることになります。この遠くからの光は、もちろん太陽光が
ちり等によって散乱されたものです。ところが、この光は非常に遠く
からきているため、青い光は再び散乱されるため、相対的に青が減少する
ことになります。
そのため、山の上の空の部分は、白っぽくなります。

たぶんこれであってると思うのですが・・・

お礼

たびたびご意見ありがとうございます。physicist_nakaさんのご意見の中の「遠くの山が青く見え、その上の空の部分が白に見える理由」なんですが、そうなのかなあ？・・・と思ってしまうんです。そもそも、快晴の空が青く見えるのは、地球の大気の成分の言ってみれば絶妙なバランス〔条件〕に起因していて、その結果、青い光が散乱し、青空を私たちに見せてくれる。ところが、水蒸気や煙などが大量に発生すると、これらの比較的大きな粒子に、青い光だけでなく、太陽光のほとんどすべての波長の光の成分が散乱し、結果的に白い雲や白い霧や白い煙を私たちに見せてくれる。ただし、青い光の散乱も快晴時同様に起こっている。なぜ、青白い雲ではないのか？　・・・・ここがポイントだと思うのですが、明るさが重要なのではないのか、と思うのです。車のスモークガラスでも、車内から外を見るとごく普通の景色が見えてしまい、ガラスの色（濃茶、濃緑、濃紺・・・）は気にならない。しかし、車の外から窓ガラスを見ると濃茶、濃緑、濃紺・・・などの色がはっきり見える。つまり、曇り空といっても空は明るいのです。うすいブルーが私たちの眼〔脳〕には見えない。しかし、遠くの山や建物などの暗色の物体をバックにすると、車のスモークガラスを車外から眺めるのと同じで、暗い背景にうすいブルーが私たちの眼〔脳〕は見てしまう。つまり、青い山が見えることになる。どうでしょう？
★それから、大胆な私の理論？「黒っぽい物体を白っぽい媒体（気体、液体、白っぽい紙。。。。）を通して見ると青っぽく見える」ですが、実験してみました。スーパーの袋〔白いやつ〕を細長く（約３ミリ×３センチ）切り取り、ピンクあるいは黄色っぽい紙に同形の穴をあけ、セロテープで張り合わせる。
これをたとえば赤ワイン（血液のつもり）の入っている透明ビンに押し当てる。・・・・青く見える！　スーパーの白いやつの部分が静脈のように見えなくもない！　その他色の濃い暗い物体をいろいろ見てみた。気のせいか青っぽく見える。みなさん、試してみてください。
★もうひとつ確認！　自分の青緑色に見えている静脈部分を強く押してみると、赤っぽく見えます。そうとう工夫が必要ですが、体の各所の静脈部分をチェックすると見えるところがあります。※公開できませんが、ある部位？で試すと完璧でした！　深い部位の血管は青く見え、浅い部位の血管は赤く見える。
ということです。普段赤い唇が時に青紫色になることがありますが、これは
交感神経がはたらき、唇表面の毛細血管が収縮し、皮膚表層の血液量が減り、深層の血液が透けて見えることで、唇が青っぽく見える、と考えると説明がつく。
☆ご意見ください。

回答No.8

BOB-RooK

No.5の「回答に対するお礼」に対してのコメントです。
　メラニンの構造は一定ではなく、インドールキノンの重合体であると言われています。だいたい、黒色系の色素の常で混合物であることが多いので、これ、と言った構造はどこでも書かれていないと思います。
　虹彩の着色は黒系統はメラニンで、青とか緑（場合によっては赤くなれるはず）の元は干渉色だと思います（眼が専門ではありません。色が専門です）。それで、この原理は昆虫の金属光沢、有名なのは蝶のモルフォなどで見られるのと同じで剛状タンパク質、キラル、液晶、左巻きらせん、バナナあたりがキーワードでしょうか。最近の論文あたりを探すと出てくるかと思います。
で、ヘモグロビンは静脈中では青っぽいの原点に戻らないといけないのですが、静脈血も切って出てくるのは赤いですよね、この理由が酸素に触れてなのかどうかは知りません。でも、色としては動脈血の方が鮮やかな赤の反射を持つ構造になっている（単に鉄に酸素が配位した状態）のは間違いありません。これは類似の化合物の色調変化として良く知られている現象です。ポルフィリン類のスペクトルの研究報告あたりが参考になるかと思います。
　緑のクロロフィルが赤い発光をするのは不思議でもなんでもなく、赤のスペクトルの手前（短波長側）に吸収を持っているのでその蛍光が赤いためです。上記のポルフィリン類は青い物質から赤～赤外の蛍光を出します。
　ネオンテトラの青は・・・と、話し出すと長くなるので発光の話はまた別の機会にでも。

お礼

BOB-RooKさん、詳しい情報ありがとうございます。無知なもので、正直言って、光の干渉の原理や蛍光が発する原理などの基本的知識がありません。勉強したいと思います。ちょっと気になるのが、BOB-RooKさんが最後に書こうとしたネオンテトラの青のこと。もしよろしかったら、教えてください。

回答No.7

physicist_naka

No.3の「回答に対するお礼」に対して、

> 夕焼け理論はわたしも勘違いしてましたが、あれは、
> 太陽から直接私たちの眼に届く太陽光は赤色光だけが
> 生き残っているというもので、青空理論〔大気の中で
> 太陽光線の中の青色光が四方八方に散乱して強調される〕
> とは違うようです。

この中の最後の「強調される」というくだりはよくわかり
ませんが、それを除けば理解しておりますし、No.3では、
上記とは矛盾なく説明しています。

> ですから、山は赤みがかっては見えないと思います。

No.3では、山が赤みがかって見えるとは言っていません。
遠くの山の方から来る光を２通りに分けて、そのうちの
ひとつ、「山から直接来る光」が赤みがかっていると
言ったつもりです。
山の方から来る光は、山から「直接」来る光以外にもある
ということを理解ください。

回答No.6

naoppe

再投稿です
ｙｕｋｋｅｅさん、すみません。
この場を借りてこういう質問をすると削除されてしまうかもしれませんが、他の方の回答を読んでちょっと分からないところがありましたので一応書かせてもらいます。

青色光の乱反射で空が青く見えると同じ理由でかすみの向こうの山が青く見えると言う回答がありました。
太陽光が山と観測者の間のかすみによって乱反射して、そのうち青色光が乱反射の確率が高いので結果として青色に見えるのなら、かすみ全体が青く見えるのではないでしょうか？
なぜ山の輪郭が見えるのかわかりません。

それに空も太陽以外の真上は青いですが遠くの空は塵やかすみによって青色が薄くなっています。
山に近いところのかすみで乱反射した青色光はこちらまで届かないのでは？
とすれば青く見える理由は観測者に近いかすみで乱反射した青色光ということになりますから、山の輪郭が青く見えるはずが無いのではないでしょうか？

どうしてかすみ全体が空の部分も含めて青く見えないのか（見えているのか？）理由を説明できる方いらっしゃいましたらよろしくお願いします。
答えていただいても御礼もできませんが、ｙｕｋｋｅｅさんの質問の回答に直接関係していると思いますのでよろしくお願いします。

新たな質問としてもよかったのですが、それではこの質問に関心を持って読んでおられる方の目に触れなくなってしまうかと思いまして敢えてここで質問させていただきました。

ルール違反でしたら削除申請してください。
初心者でどのあたりまで許されるのか良くわかりませんのでその辺はご容赦を。

注）補足要求にチェックします。

お礼

２度もご意見ありがとうございます。
みなさんの意見を参考に「遠くの山などが青っぽく見える理由」をこんな風に考えてみました。まず、青っぽく見える時の条件？を考えると(1)曇っていること(2)遠くにある物体であること(3)(1)(2)を満たしていれば、どんな色の建物、山でも良いこと。。。
(1)について言える事は、この条件下の水蒸気やチリなどは太陽光を乱反射し、白っぽい空気を我々に見せること（雲が白いのと同じ）。(2)について言える事は、その物体がどんな色をしていても、そこから反射してくる光は、その途中で様々に乱反射してゆくため（自分の眼にほとんど届かない）結果的にモノトーンの物体（黒灰）に近い状態で見える。さて、問題は(1)の白っぽいガスだと思います。白とは、太陽光とほとんど同じバランスでそれぞれの波長の光がその成分として含まれていることを示しますが、実は、『青空』理論と同様、白色に見えるガスからは青色の波長の光が、やや強調されて我々の眼に届いている。簡略化して
いえば、黒っぽい物体を白っぽい媒体（気体、液体、白っぽい紙。。。。）を通して見ると青っぽく見える、ということです。どうでしょう？　　　　血管が青っぽく見えるのも同じではないでしょうか？　血管の中を濃い緑の液体でもこげ茶色の液体でも、もちろん真っ黒の液体でも流れていても、きっと青っぽく見えるのではないだろうか？　血管の場合は、皮膚の色が黄色っぽいことでさらに『青』が強調されて見えるともいえるのではないか。どうでしょうか？

回答No.5

BOB-RooK

光の性質に吸収と反射、散乱があることは認識されているようなので、あと一つ干渉という性質を理解頂くとその２は理解頂けるかと思います。
http://www.merck.co.jp/ja/pti/pigment/iriodincatalog/catalog200.htm
　白色顔料の酸化チタン（これもご理解頂けると思いますが、無色の化合物の散乱で白く見えているだけ）で各種の色が表現出来ます。むしろ、私にはメラニン色素（黒色）が少なくなって行ってグレーになることは理解が出来ません。虹彩の液晶状の物質の間隔が変化するだけなのでグレーになる必然性は無いように思います。
　ちなみに、血管の色はヘモグロビン（鉄の錯体）が酸素と結合することにより、反射光が赤色の方にシフトする（緑色の吸収）ため。
http://www.color-guide.com/chem.htm
http://www2.plala.or.jp/kamkamkam/gimon2/no64/kekkan.htm
　遠い山が青く見えるのはまさに光の散乱現象の波長依存性であり、吸収で考えるのは無理があります。

お礼

回答ありがとうございました。酸化チタンについてはビックリです。人工虹彩？ともいえるものができているんですね。それから、BOB-RooKさんの回答の中にある「虹彩の液晶状の物質」という表現が気になります。メラニン色素の構造について詳しいことをご存知であれば教えてください。それから、ヘモグロビン（鉄の錯体）が酸素と結合することにより、反射光が赤色の方にシフトする、ことが静脈の青にどうつながるのかよくわかりません。そのへんのところ教えていただければありがたいです。

回答No.4

tamtaka

3についてのみですが

私も空気中の水分で光が乱反射しますが、青色の方が反射しやすく、赤色の方が透過しやすいので距離が離れるほど青く見えるとおもいます。

参考までに

クロロフィルには青緑に見えるものと、少しくすんだ黄緑に見えるものの２種類が多いです。
クロロフィルは吸収した光で高強度の赤色蛍光を出しますので、日差しが強いほど赤黒く見えるようになります。

お礼

回答ありがとうございます。クロロフィルの赤色蛍光はびっくりですよね。でも、あれは抽出したクロロフィルでの話でしたよね。あるいは、生体中でも、蛍光を発しているのだろうか？