朝目覚めて窓を開け、空を見上げると、美しい青色に包まれています。
そして一日が終わり、太陽が沈む時、西の空は赤や橙色に染まります。
このような自然の美しさは、私たちの日常生活に彩りを添えてくれます。
では、なぜ空は青く、夕焼けや朝焼けは赤く見えるのでしょうか？
答えは、「光」の科学に隠されています。
なぜ空は青いのか：光の散乱
青い空の秘密は、太陽光の性質と空気中の分子、特に窒素と酸素の分子の相互作用にあります。
太陽から地球に届く光は、色々な色の光が集まったもので、それぞれの色の光は異なる波長を持ちます。
そして、その光は空気中の分子によって散乱されます。
この散乱の程度は、光の波長によって異なります。
波長が短い青色の光は、波長が長い赤色の光よりも散乱しやすいのです。
つまり、太陽光が地球の大気に入ると、青色の光はあちこちに散乱し、全体として空は青く見えるのです。
朝焼けや夕焼けが赤い理由 光の屈折と散乱
では、朝や夕方の空が赤く見えるのはなぜでしょうか？
それは太陽光が地球に差し込む道筋、つまり大気圏を通る距離が関係しています。
朝や夕方は、太陽が地平線近くの低い位置にあり、太陽光が大気圏を通って地上に届くまでの距離が長くなります。
その結果、散乱しやすい青色の光のほとんどは途中で散乱し尽くされ、地上に届くのは散乱しにくい赤色や橙色の光が多くなるのです。
だから、空は赤く見えるのです。
虹の科学：光の屈折と反射と散乱
さて、空や太陽の光の色について理解したところで、虹の現象を考えてみましょう。
虹は太陽光が空気中の水滴によって分けられ、赤橙黄緑青藍紫の7色に見える現象です。
これはどうして起こるのでしょうか？
虹が見えるのは、太陽光が雨粒に当たり、屈折・反射・再度の屈折を経て出てくるからです。
この過程で波長（色）によって屈折角が異なり、光が分散され、7色に見えるのです。
光の速度と光の進行方向：「光速」の神秘と「屈折」の現象
光の特性をさらに理解するためには、「光の速度」と「光の進行方向」を見てみると良いでしょう。
光の速度は空間の中で一定で、その速さは約30万キロメートル/秒です。
これは光が一秒間に地球を7.5周以上も回る速さに相当します。
また、光は常に直線に進行しますが、異なる物質の界面を通過するときにはその進行方向が変わることがあります。
これを「屈折」と呼びます。
光が空気から水やガラスに入るとき、光の速度が変わり、その結果、光の進行方向が変わるのです。
この現象はレンズやプリズム、そして虹の形成にも関係しています。
まとめ
| 項目 | 要約 |
|---|---|
| 空の青色 | 青色の光（波長が短い）は窒素や酸素の分子によって容易に散乱されるため、空は青く見えます。 |
| 朝焼けや夕焼けの赤色 | 太陽光が大気圏を長く通ることで、散乱しやすい青色の光が散乱し尽くされ、散乱しにくい赤色や橙色の光が残ります。 |
| 虹の形成 | 虹は太陽光が雨粒に当たり、屈折・反射・再度の屈折を経て出てくることで、光が分散され、7色に見える現象です。 |
| 光の速度と進行方向 | 光の速度は約30万キロメートル/秒で、光は直線に進行しますが、異なる物質の界面を通過するときにはその進行方向が変わります（屈折）。 |
以上、光の科学とそれが私たちの見える世界、特に空の色にどのように影響を与えているかについて見てきました。
自然の美しさは、その背後にある科学の原理を理解することでさらに深く鑑賞できるでしょう。
次回空を見上げるときは、その色の背後にある物理学を思い出してみてください。
※以上で使用したイラストに関してはすべてミッドジャーニー（Midjourney）で作成しています。
