朝夕と日中の太陽の色

質問

先日子供に質問され、答えに詰まってしまったのですが、
太陽と地球の距離はずっと変わらない筈なのに、
なんで朝夕の太陽の色と日中の太陽の色は違うんでしょうか？

朝は朝焼けで真っ赤に周りを染め、夕方は夕焼けで周りを真っ赤に染めますが、
日中は明るく光って、全然違う色をしてますよね？

なぜなんでしょう・・・？

回答No.10

kagakusuki · ベストアンサー

朝焼けや夕焼けで空が赤くなるのは、光の波長に関係があります。
　光は波であり、波の山の部分から次の山の部分（或いは谷から谷まで）までの距離を波長と言います。
　光に限らず、波は波長の半分の長さよりも小さなものには邪魔されないという性質があります。
　つまり、空気中に光の波長の半分よりも直径が小さなほこりが沢山浮遊していても、光はそこまで小さな埃には邪魔されませんから、そのまま真っ直ぐ進む事になりますから、その空気は透明で、ほこりが何も無い様に見えるのです。
　赤い光とは、可視光線（目で見る事の出来る光の事）の中でも波長が長い光の事を言い、その波長はだいたい0.00062～0.00075mmの範囲になります。
　一方、青い光とは、可視光線の中でも波長が短い光の事を言い、その波長はだいたい0.00045～0.000495mmの範囲になります。
　つまり、0.00025～0.00031の範囲の直径を持つほこりは、赤い光にとっては透明ですが、青い光にとっては邪魔ものになる訳です。
　空気中には様々な大きさのほこりが浮遊していますから、その中には青い光だけを邪魔するほこりもあり、そのため、赤い光に照らされるほこりの数よりも、青い光に照らされるほこりの数の方が多くなります。
　その結果、太陽光線が空気中を進んでいく途中で、赤い光も大きなほこりで散乱されますが、青い光の方がそれよりも多く散乱されるため、昼間の空は青く見える様になります。（つまり空の青い色は、青い光に照らされた空気中のほこりの色なのです）
　空気はその80％以上が高度12km以下に、99％以上が高度32km以下に存在していて、高度が高くなる程、空気は少なくなっています。
　そのため、太陽が地平線に近くにある場合程、太陽からの光が、空気中を通って来る距離が長くなります。
　空気中を通る距離が長くなれば、それだけ多くの青い光が散乱されますから、太陽光線に含まれる青い光の割合が少なくなります。
　青い光の割合が減って、赤い光が残るのですから、太陽が地平線に近くにある時は、地上にまで届く太陽光線に含まれている赤い光の割合が多くなり、赤っぽく見える事になります。
　赤い光で照らされるのですから、雲や、空気中のほこりも赤っぽく見える様になり、そのために、空が赤くなって見える訳です。

回答No.9

Kunfu

ちなみに、お子さんには「水蒸気」という言葉は教えないようにした方がよろしいと思います。
一般的に誤解に満ちているからです。

水蒸気とは本来「気化した水」のことで、気体です。空気＝窒素と酸素の混合物と同じ。
湯気のように見えるのは気体ではなくて、液体に戻った水の粒です。
それを同じに思っている人が多いんです。

その区別は子どもさんのうちにはできないでしょう。
大人になってもできない人がいますから。

お礼

わかりました、ありがとうございます。

回答No.8

雪中庵（@psytex）

蛇足ながら、海の水や分厚い氷河の氷が青いのは、空が青い理由（レイリー散乱）とは違い、透明な液体や固体が、波長の長い光を吸収する事によります。
その証拠に、透過した光が赤くなる事はありません。

お礼

わかりました、ありがとうございます。

回答No.7

Kunfu

正確に説明するとこんなことです。
光は波長より充分小さい物質に当たると球面放射により散乱します。
反射や屈折ではありません。
この散乱は光の波長の４乗に反比例します。
平たく言うと、波長の短い青い光は空気の分子や水の分子に散乱されるということで、空や海が青く見えるのはそのせいです。
大気を通過するとき白い光から青い光が散乱した分、白い光から差し引かれるので昼間の太陽は黄色く見えます。
この散乱を「レイリー散乱」といいます。

これに対し、雲のような細かい水滴や氷の粒で出来たものに光が当たると、反射または屈折して光の方向が変わる散乱をします。
こういう散乱は光の波長にかかわらず散乱するので白く見えます。
この散乱を「ミー散乱」といいます。

太陽が低い位置にあるときは、大気中をを長く横切ることになるため、より波長の長い光しか届かないため赤く見えます。
その赤い光が薄い雲に当たると、雲の水滴や氷の粒がそのまま反射または屈折する「ミー散乱」により空が赤くなります。

お子さんにこのまま説明してもわからないと思いますが、親御さんが正確に理解して噛み砕いて説明するのと、不正確な理解で説明するのでは違うと思うので、敢えて正確に書きました。
説明するポイントとしては、光の散乱には２種類あること。
そして空気や水の分子は青い光を散乱しやすいこと。
大気を斜めに横切った朝夕の光は長い距離を進むこと。
青い光の成分がなくなると、届いた光は黄色～赤になること。

これで空がなぜ青いかも説明できるのでよろしいんじゃないでしょうか。

お礼

御解答、ありがとうございました。私なりに噛み砕いて子供に説明してみます(^^ゞ

回答No.6

ORUKA1951

目に届くまでに、太陽光は大気を通過しなければなりませんが、その距離が異なるからと言うのがとりあえずの答えです。(大気を持つ地球の絵と光線が通過する経路を図に描いて子供と一緒に確認してください。)・・屈折ではありません・・・

　その後、水に牛乳を少したらしたものを、コップに入れて反対側から光源を覗いてみてください。水の量を変えてそこから見ても良い。うまくすると空が青く見える理由もわかるかも。

　なぜ赤い光だけが遠くまで届くかは、波長の関係です。波が伝わる場合波長が長いほど影が出来ません。電波だと長波は山や地球の曲面を回りこんで伝わりますが、波長が短くなると山やビルの影には届かなくなります。光も波長の短い光は回折しにくいために細かい粒子をすり抜けます。--大気中に浮遊する埃や水蒸気の粒の大きさにも関係するのであくまで一般論です--

　これは波長との関係ですが、実際にその色が何色に見えるかは、波長と直接関係があるわけではありません。

お礼

回答ありがとうございました。勉強になりました。

回答No.5

雪中庵（@psytex）

太陽光が、地球の大気圏を斜めに通って来る朝夕の方が、
その大気による光の散乱が、短い波長（青寄り）に強く
働くので、赤い像として届くのです。
途中で散乱される「青い光」は、途中の空の青さになっています。
また、朝は気温が低く、大気中の水蒸気が少ないのに対し、
夕方は気温が高く、水蒸気が多く発散しているのに加え、
人類の活動により微粒子が舞い上がっているので、その
「散乱」の程度が大きくなり、夕焼けの方がより赤くなりがちです。

お礼

解りやすい御解答、ありがとうございました。
勉強になりました。

回答No.4

princelilac

赤い光は屈折しにくく、直進する性質があります。太陽の高度が低いと、空気を通過する距離が長くなります。空中には水蒸気や塵などで光が屈折しやすい状況です。他の色の光は四方八方に屈折し、地上に届かず宇宙空間へ分散します。しかし、赤い光だけが屈折せずに地上に届くのです。

　青い光は反射や屈折が多く、空全体に青い光が分散するからです。太陽光は全て混ざると、人間の目には無色に見えます。白色光と呼びます。だから、空は青く、太陽は白く(表現は難しいのですが)見えるのです。

お礼

解りやすい御解答、ありがとうございました。
勉強になりました。

回答No.3

trajaa

以前見た分かりやすい図解のサイトが見られなくなってしまいました。

その為に少しわかりにくいけど、原理を説明したページ
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%95%E7%84%BC%E3%81%91#.E5.8E.9F.E7.90.86.E3.81.A8.E7.8F.BE.E8.B1.A1

それと実験とその画像を紹介するサイト
http://homepage2.nifty.com/pascal/jtool36.html

太陽から地球の大気の上面までの距離は同じですが、大気の中を通り抜けて貴方の目に到達するまでの距離が大きく異なります。

その距離が増えると大気中の浮遊物などによって波長の短い青系の光が遮られて、残った黄色や赤系の光だけが到達するので朝焼けや夕焼けになる。

お礼

丁寧な御解答、ありがとうございます。
大変勉強になりました。

回答No.2

noname#144057

光が大気中を透過してくる距離と、地表との位置関係が違うからです。

お礼

大変勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.1

IDii24

基本的な質問ですが、朝夕は斜めからなので大気の距離が長いので赤い色だけが到達する。昼は真上なので距離が短いという事。
短く云えばそういう事ですがさらに違いはこちらをどうぞ。

http://www.kijo-riron.com/ronbun/1996/yuyake.html

お礼

大変勉強になりました。ありがとうございました。