地球の大気における赤い光の透過性について

質問

素朴な疑問なのですが・・・。

良く、例として夕焼け等があげられますが、
何故、赤い色は地球の大気を通過しやすくなるのでしょうか？

光の波長が長くなると赤に近づき、その為地球の大気を通過しやすくなり
赤い色のみ人の目に見えると聞きます。

つまり、光の波長が長い=大気を通過しやすい
その為、空は赤くなるということだと思うのですが、
では、何故、光の波長が長いと大気を通過しやすいのでしょうか？

当方、特に天文学を学んでいるわけではないので、
分かりやすく説明していただけると嬉しいです。
また、参考になるサイトを提示して頂けると喜びます。

以上、宜しくお願い致します。

回答No.2

WiredLogic · ベストアンサー

川や池で、ゆったりした波は、杭の向こう側に回り込んで、切れ目なく続いていくのに、細かい波は、杭にさえぎられて、影のところまで届きにくい、みたいな光景を見たことありませんか？または、山影で、AMラジオは入るのに、FMは入りにくくなる、とか。

これは、波すべてに共通する、障害物に比べて、波の波長が長いと、その向こうまで届きやすく、短いと跳ね返されやすい、という性質によるもので、光・電磁波・音・水の波など、どれでも起こります。

X線は、波長短いのに向こうまで届くじゃないか、というツッコミもありそうですが^^、こっちは、光・電磁波の場合、波長が短い方が、エネルギーが高く、回り込むんじゃなくて、中までもぐりこめる、という、また別の現象で、向こうへ回り込んでしまっては、中の様子は見られません。

散乱、光が空気中の微粒子にあたって、完全に跳ね返されるのではなく、進行方向が曲げられる、という現象は、反射とまったく同じではないものの、似たような現象で、波長が短い方がその影響を受けやすい点は同じです。空気の場合は、含まれる微粒子の大きさ、どれくらい含まれているか(大きいほど、多いほど、同じ波長でも影響は大きい)
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AC%E3%82%A4%E3%83%AA%E3%83%BC%E6%95%A3%E4%B9%B1

で、波長の短い青い光は、散乱を受けて、まっすぐ届きにくい、あちこち曲がりながら、進む、最終的に目に届くときには、曲がって進んできた光があちこちから入ってくるので、昼間の空は青く見える、で、青みが減った分、本来、白色光のはずの太陽の色は、少々黄色っぽく見える、こういう仕組です。

散乱の影響は、他の色の光も受けていますが、紫や青に比べると、波長が長いので受け方が小さく、その中でも、波長の長い赤い光は、特に小さい訳ですが…

丸い円を地球のつもりで描き、その外側に中心が同じ円を大気圏の上のつもりで描いてみてください。昼は真上から光が差す、このときの大気圏を通り抜ける距離に対して、朝や夕方、円の接線に近いところから太陽光が来るときには、ずっと長い距離を通り抜けているのが解りますよね。

すると、昼にはあまり影響を受けなかった、波長が中間くらいの黄色や緑の光も、少しずつ散乱された影響が積もって、それなりに散乱された様子が見えるくらいになる、それに対して、赤やオレンジは、多少は受けるもののまだ小さい、

この結果、まっすぐ通ってくる光は赤ばかりで、太陽は真っ赤に、赤がその周辺にもにじみ出るので、周辺も赤く(特に間に薄い雲があると、そこでの散乱も大きいので、雲全体が真っ赤に)、で、大気の状態がいいときに、よ～くみると、そのさらに周辺に、オレンジの部分、すごく運がいいと、黄色い部分もかすかに見えます。空の色は、全体の光の量が減っている影響もありますが、青以外の短めの波長の光も混ざり、真っ青ではなくなる、これが、夕焼け・朝焼けです。

どれくらいの散乱を受けるかは、最初に書いたように、大気中の微粒子の大きさ・多さによって影響を受けるので、気象条件や大気の澄み方によって、変わってきます。それで、同じ夕焼け・朝焼けでも色々と違って見える訳です。

お礼

お礼が遅れてしまい、大変申し訳ございません。
ご回答ありがとうございます。

レイリー散乱、、新たな言葉が出てきました。
難しいですね。

しかし、それを含めても分かりやすい説明、
ありがとうございます。

どなたも甲乙付け難いのですが、ベスツアンサーに表彰させて下さい。

回答No.6

雪中庵（@psytex）

たとえば、空も海も青いですが、その青さの理由が違います。
空が青いのは、気体分子が波長の短い光を散乱させるからで、海の青いのは液体分子が長い波長を吸収するからです。

光は波としての性質があります。
たとえば湖にボートが浮いているとして、そこに手でパチャパチャとたてた小波は、ボートのへりに当たると反射しますが、大きな船が通った時のような大きな波が当たると、ボート自体が波にゆられて、へりで反射せずに通過してしまいます。
基本的に大きな分子ほど、長い波長と相互作用し、また気体より、液体状態になって分子同士拘束された方が大きな分子に準じて、より長い波長に共振します。

それと同じような関係で、大気の気体分子に対して、長い波長の（赤い）光は透過しやすく、短い波長（青い）光は散乱されやすいので、散乱された光である空の色は青く見え、日が傾いて大気中を長く通り抜ける光は赤っぽいのです。

海の場合は、気体分子ではなく液体なので、今度は長い波長を吸収しやすいので、その中を通過する光は、散乱·透過を問わず青くなります。
空と違い、深く潜ったからといって太陽の実像が赤くなることはありません。
深海の海草が褐藻や紅藻＝青い光を利用する（それ以外を反射するので赤っぽくなる）のは、そこに到達するまでに長い波長の光が吸収されるからなのです。

お礼

お礼が遅れて大変申し訳ございません。
ご回答ありがとうございました。

これは初耳でした。
海が青いのは空の光を反射しているからかと思っていました。

液体分子が波長の長いものを吸収とは。
潜るにしたがって、どんどん青くなる・・・。

確かに、赤い光が差し込んでる水中を観たことないかもしれません。
面白いです。

回答No.5

kusa-bue

NO.3の解説は間違いです。無視してください。
散乱が正しいです。

中途半端な知識で回答してすみませんでした。

お礼

お礼が遅れて大変申し訳ございません。
ご回答ありがとうございました。

結果的に散乱が正しいようですが、
教えてくれたURLの内容は大変興味深いものでした。
ありがとうございました。

回答No.4

nananotanu

散乱と屈折・反射を混乱しないように気をつけなければなりません。

屈折・反射なら、太陽から飛んできた平行光線に対し、決まった角度にしか光は進みません(物質を通過後)。虹が例になると思います。
一方、質問者様が話題にされている内容は散乱現象の結果であって、決して屈折や反射(の積み重ね)では有りません。散乱は(科学的には正しくない表現ですが)漫画チックに言うなら物質が一旦光を吸収して新たに放出するようなもので、『四方八方に』光は進みます。

だから、空全体は青くなるし、真っ直ぐ進んできた光は赤が優勢になるのです。

お礼

お礼が遅れて大変申し訳ございません。
ご回答ありがとうございます。

屈折・反射・散乱、改めて違いを改めさせてもらいました。
ありがとうございます。

回答No.3

kusa-bue

１、２番の方の補足なんですが、プリズムって知ってます？三角柱のガラスに白い光を通すと、ガラスを通った光が虹色になって出てくるやつです。あれは光の色ごとに、ガラスに入ったときの曲がりっぷりが異なることを示してますね。（URL飛んだページの真ん中あたりにプリズムの図がありました。）

で、ガラスに入ったあと、最も曲がっているのが青色で、曲がってないのが赤色なのが確認できると思います。

大気中にあるチリやら水の粒が、このガラスと同じように光を曲げるんです。
最も曲がりやすい青は曲がりくねってチリチリになって消えちゃって、曲がりにくい赤は夕日としてみえるんですね。

参考URL：

http://www.kiriya-chem.co.jp/q&a/q25.html

回答No.1

windwald

これは天文よりも物理のカテゴリのほうがふさわしいのですが、
光の透過性そのものについては波長にほぼ無関係です。

問題は光の散乱。
地球大気を通過する際、青色を中心とした短波長成分はよく散乱され、
その散乱した光が太陽の方向ではない方向からも多数届くため、青い空が見えます。
夕焼けは、太陽方面から来る光のうち、青い光は赤い光に比べよく散乱されたために、
赤い光に比べればすくなくなっています。そのせいで赤い夕焼けができあがります。

http://textinformation.seesaa.net/article/166176264.html

お礼

お礼が遅くなり大変申し訳ございません。

ご回答、ありがとうございます。

透過するのではなく、逆に青を中心とした短波長が散乱してしまう為、
赤い色が残るということですね。

なるほどです。ありがとうございました。