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子どもの疑問「火星の夕焼けは何色?」の答え方

8/1 16:01 配信

東洋経済オンライン

生活に欠かせない電子レンジやカーナビの仕組みなど、子どもに突然「どうして」と聞かれても答えに困ることがあるものです。身近な存在なのに意外と知らない科学の話をまとめた『世界が面白くなる!  身の回りの科学』を上梓した宇宙物理学者・二間瀬敏史氏が、書籍の中から1つの内容を紹介します。

■地球の昼間の空が青いのはなぜ? 

 有名なロックバンドであるフジファブリックの「茜色の夕日」などに出てくるように、夕焼けの空の色といえば“あかね色”です。では、火星の夕焼けの空は何色だと思いますか? 

 多くの方は、地球と同じあかね色だと思われるのではないでしょうか。火星の夕焼けが何色なのかをお伝えする前に、まずは地球の夕焼けがなぜあかね色なのか、そもそも昼間の空はなぜ青いのかについてお話ししましょう。

 夕焼けや昼間の空は、太陽から発せられている光(以下、太陽からの光)によって、あかね色や青色に見えています。この太陽からの光は、大気中の微粒子とぶつかると進行方向がさまざまな方向に変化し、これを「光の散乱」と言います。

 地球の大気は、空気分子のほかにもチリや無数の小さな水滴や氷の結晶などを指す雲粒子(うんりゅうし)など、さまざまな微粒子を含んでいます。空気分子の大きさは、約1ナノメートル(髪の毛の太さの10万分の1、または10億分の1メートル)です。

 太陽からの光には、人間が見ることのできる光と、見ることのできない光(紫外線や赤外線など)が含まれています。人間が見ることのできる光を“可視光”と言い、可視光の波長は380~780ナノメートル程度です。人の目には波長の長い順から、「赤→オレンジ→黄→緑→青→藍→紫」の色として認識します。

 これらの色は波長で表すことができ、赤は約700~780ナノメートル、青は約460~500ナノメートル、紫は約380~430ナノメートルとなります。

 大気中に入ってきた太陽からの光が、可視光の波長の数百分の1以下の大きさである空気分子によって散乱される際、太陽からの光の波長が空気分子のサイズである約1ナノメートルに近いほど、つまり波長が短ければ短い紫色(約380~430ナノメートル)や青色(約460~500ナノメートル)の波長ほど大きく光が散乱します。

 また、空気分子は紫外領域(380ナノメートル以下)で特に強く光を散乱します。つまり、太陽からの光が地球の大気中を通るとき、可視光の中でいちばん波長の短い紫が最も効率よく散乱されるのです。紫の光が散乱されると空に広がるので、人間の目には広い範囲から紫の光が届きます。

 しかし、太陽からの光の中で紫の光は強くありません。さらに、紫の波長は約380~430ナノメートルと、人間が見ることのできない紫外領域に近く、人間の目における紫色への感度が低いため、結果的に散乱した光の中で紫色の次に波長の短い藍色や青色が最も多いと感じます。つまり、空が紫ではなく、青く見えるのです。

■光は目に届く前に散り散りになっている? 

 さて、ここまで昼間の空が青く見えることについてお話しました。ではなぜ、地球の夕焼けは“あかね色”に見えるのでしょうか? 

 昼間、太陽は私たちの頭上にあります。このとき、太陽からの光が通る大気の距離は短くなっています。

 一方、朝や夕方には、太陽が地平線近くに見えます。このとき、太陽からの光は大気中を長く通り抜けます。

 先ほど、太陽からの光が地球の大気中を通るとき、可視光の中でいちばん波長の短い紫色が最も効率よく散乱されるとお伝えしましたが、光が大気中を長く通り抜ける際は紫色だけでなく、藍色の光や青色の光も私たちの目に届く前にほとんど散乱されてしまうのです。これをレイリー散乱と言います。

 つまり、波長の短い光がほとんど散乱されてしまうので、私たちの目には主に波長の長い赤色の光が届くことになります。なお、赤色の光も空気分子によってある程度は散乱を受けるため、太陽の周りが赤く燃えているように見えるのです。

 さて、「火星の夕焼けは何色?」についてお話ししましょう。2012年から火星の探査を続けているNASAの探査機キュリオシティがこれまで送ってきた何枚もの火星の画像の中に、火星の夕暮れの風景がありました。

 火星は地球の1.5倍ほど太陽から遠いので、地球の3分の2くらいの大きさに見える太陽とともに“青い空”が映っていました。つまり、火星の夕焼けは青色です。ではなぜ、火星の夕焼けは青いのでしょうか? 

■空の色が地球と逆になるワケ

 火星にも地球と同じく大気があります。ならば、地球と同じことが起こるのではと思うかもしれませんが、実際はだいぶ事情が違ってきます。まず火星の大気は非常に薄いため、地面から巻き上げられた微小なチリによって光が散乱します。

 地球では、空気分子に近い波長の光がより散乱されていました。このように、光には光の波長と同程度のサイズの粒子に強く散乱されるという性質があります。火星では、光は微妙なチリに当たって散乱するのですが、この微小なチリのサイズが赤色の波長と同程度なのです。

 こうして火星の場合、赤色の光がより多く散乱されるため、火星の昼間の空の色は赤っぽくなります。つまり、昼夜の空の色が地球と逆になるのです。

 夕方は、太陽の光が火星の大気中を長く通り抜けることで、赤色の光はほとんど散乱されてしまうため、比較的散乱されにくい青色の光が多く目に届くことになります。その結果、火星の夕焼けが青色に見えるのです。

 まさか、火星の空の色が地球の空の色と昼夜逆転していたなんて、驚かれたのではないでしょうか?  今回は、“火星”といった地球外のお話をしましたが、私たちは日々、身の回りで科学の恩恵を受けています。

 身の回りに潜んでいる科学を知ることで、「科学って何に役立つの?」というふうに抱いていた疑問が、「これも、あれも、こんなものまで、科学の恩恵を受けていたんだ!」という認識になり、身近な所から世界まで、見え方が大きく変わるかもしれません。

東洋経済オンライン

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最終更新:8/1(日) 16:01

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