空はなぜ青いのか？理由を図解で分かりやすく解説！

雲一つない青い空というのは、爽やかで気持ち良いものですね！私は都心部に住んでいるため、快晴の日でも、大気汚染のせいで澄み切った青い空を見ることができる日は少ないです。そのため、空が青い場所に行くと本当に爽やかな気持ちになります。

しかし、空はなぜこんなに爽やかな青い色をしているのでしょうか？例によって気になってしまうと調べずにはいられない性分の私は、徹底的に調べてみました。

すると、青い空は地球だけの特別なものであることが分かりました！

そこで、今回は空がなぜ青いのか？そして、その理由であるレイリー散乱について解説したいと思います！

空が青い理由

青空はほんとうに気持ちの良いものですが、空が青いのには、特別な理由があります。早速その理由を見ていきましょう！

空が青いのはレイリー散乱のせい

空が青い理由を説明するには、光の性質を知る必要があります。

光には粒子にぶつかると進行方向が変わって散ってしまうという性質を持っています。その中でも光の波長よりも小さい粒子にぶつかることによって起きる光の散乱をレイリー散乱と言います。

このレイリー散乱は粒子の直径が大きいほど、起きやすくなります。逆の見方をすると、同じ大きさの粒子で満たされた空間であれば、波長の短い光の方がレイリー散乱が起きやすいということです。

何だか難しくて分かりにくいと思うので、図で説明します。

光には波長によって、様々な色になります。蛍光灯の光は白いですが、それは全ての色が混ざっているためなのです。そして、光の色と波長を表したのが、下の図になります。

このように光は、赤に近いほど波長が長く、紫に近いほど波長が短くなります。つまり、レイリー散乱が起きやすいのは、青や紫の光なのです。

そして、このレイリー散乱が地球の大気圏で起きることによって、空が青くなるのです。それを表したのが下の図です。

太陽の光は元々全ての色が混ざった白い色ですが、説明の都合上7色で表現しています。この太陽光が地球の大気の中に入ると、大気を構成する窒素、酸素、二酸化炭素などの分子にぶつかって、レイリー散乱が起きます。

そのため、紫に近い色の光は屈折して、空気中に散らばってしまいます。この空気中に散らばった青や紫の光によって、空が青く染まるのです！

一方で赤に近い色の光は、屈折しにくいので、地表にそのまま到達します。地表に到達する光には青や紫の光が少ないので、黄色っぽい光になるのです。

太陽は黄色やオレンジ色のイメージですが、レイリー散乱によって、これは青や紫の光が散ってしまっているためなのです！

なぜ夕方の空は青くないのか？

しかし、空が青いのは昼間だけですよね？夕方になると夕焼けになって、空は茜色になってしまいます。これはなぜなんでしょうか？

夕方になると太陽は地平線上から光を照らします。地平線から光が来る場合、光が大気中を通る距離が昼間よりも長くなるため、レイリー散乱の影響がより強くなります。

その結果、青や紫の光のほとんどは、散乱しすぎて宇宙などに飛んで行ってしまうので、空はあまり青くならないのです。

夕焼けが起きる仕組みについては、こちらの記事に詳しく書いているので、ご覧になってください！
⇒ 朝焼けと夕焼けの違い！仕組みと天気との関係を徹底解説！

なぜ都心の空は濁った色なのか？

ところで、冒頭にも書きましたが、都心部だと快晴の日でも、少し濁った感じのぼやけた青色になります。このぼやけた青色になるのにも理由があります。

空気中に直系の大きな粒子が増えてくると、今度はミー散乱という現象が起こるようになります。ミー散乱は粒子の大きさが、光の波長と同じくらいの時に起きます。

ミー散乱は、白っぽくもやがかかったように見えるのが特徴です。

都心の空がぼやけた青色になるのは、排気ガスや埃などの直径が大きい粒子が、空気中に多いためです。つまり、空気が汚れている証拠なのです。

ちなみに雲が白く見えるのも、このミー散乱が理由です。雲には粒の大きい水蒸気が集まっているため、強いミー散乱が起こるため真っ白に見えるのです。

さて、ここまでは空が青い理由を見てきました。しかし、ここまでの説明でお分かりの通り、空が青くなるためには大気が必要です。では、大気が無い星の空はどのように見えるのでしょうか？

今度は大気が存在しない星の空について考えてみます。

空が青いのは地球だけ！

空が青くなるのは、大気があるおかげです。大気が無い星の場合は空はどんな色なのでしょうか？

月の空

下の画像は月面に人類が到達した時の写真です。この写真では、月の空は真っ暗です。しかし、空は真っ暗ですが、夜ではなく昼間なのです！

その証拠に宇宙飛行士の影が月の地面にできています。

月には大気がほとんど存在しないため、レイリー散乱もほとんど起きません。そのため、太陽光は月の地表にほぼ全てが真っ直ぐに到達するので、空は青く染まらず、真っ暗なままなのです。

これじゃあ、昼間でも陰気な気分になってしまいそうですね…。

エベレスト山腸の空は青くない！？

空が青い理由は、太陽光の中の青や紫の光が、空気によって散乱しているためなので、大気が無い星の空は真っ暗だということが分かりました。

ということは、高い場所だったらまだ十分に太陽光が散乱してないので、空はあまり青くないんじゃないでしょうか？そういえば、飛行機の窓から空を見上げると、青というよりは、藍色のような感じだった記憶があります。

というわけで、地球で一番高い場所の空の色はどんな感じか興味がでたので、エベレストの写真を見てみました。下の画像がエベレストです。

確かにかなり濃い青ですよね！やはり高い場所から見上げる空は、濃い色になるようです。やっぱり、地上から見上げる空の方が爽やかな色ですね！

まとめ

今回は空の色が青い理由について、お伝えしました！

空が青い理由を簡単にまとめるとこうです。

空気が無いとこの爽やかな色を見ることはできません。地球に住んでるって素晴らしいことですね！