- 太陽光は7色のミックス
- 青は波長が短いから、空気で散乱しやすい
- 夕方は光が空気層を長く通るので、青が散り尽くし、赤だけが届く
生徒
どうして空って青いんだろう？
ムダシル先生
太陽の光の中の「青」が、空気の粒にぶつかってあちこちに散らばっているからだよ。「青く光る空気」が頭上いっぱいに広がっている、と思うとイメージしやすい。
光は7色のミックス
生徒
太陽の光って白いよね？
ムダシル先生
見た目は白だけど、じつは赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の 7 色が混ざった「白」なんです。
生徒
虹がそれを分解した姿、ってこと？
ムダシル先生
そのとおり。虹は雨粒がプリズムの代わりになって、太陽光を 7 色に分けたもの。空が青い理由を考えるときは、まずこの「太陽光は 7 色の混合」というところから始めるとスッキリします。
短い波長ほど散乱しやすい — レイリー散乱
生徒
でも 7 色の中の青だけ、なんで強く散らばるの？
ムダシル先生
光は波の性質を持っていて、色ごとに波長が違うんです。赤は波長が長く、青や紫は波長が短い。短い波ほど、空気中の小さな分子に当たって四方八方に散らばりやすい。
生徒
じゃあ紫はもっと散らばるんじゃない？
ムダシル先生
理屈ではそうです。ただ人間の目は紫より青のほうに敏感だし、太陽光自体に紫成分は少なめ。結果として「青く散らばっている空気」が頭上に広がって見える、というわけです。式で書くとこんな感じ。散乱の強さは波長の 4 乗に反比例します。
\[I \propto \dfrac{1}{\lambda^4}\]
用語レイリー散乱れいりーさんらん / Rayleigh scattering
光の波長よりずっと小さい粒子（空気分子など）による散乱現象。19世紀のイギリスの物理学者レイリー卿（ジョン・ウィリアム・ストラット）にちなむ。散乱強度が波長の 4 乗に反比例するため、短波長の青がよく散る。
夕焼けが赤いのは、空気層を長く通るから
生徒
じゃあ夕方はなんで赤くなるの？
ムダシル先生
太陽が低い位置にあるから、光が大気を通る距離がぐっと長くなるんです。
生徒
距離が長いと何が変わるの？
ムダシル先生
通り道が長いぶん、青い光は途中で散らばり尽くしてしまう。最後まで届くのは、散らばりにくい赤やオレンジだけ。だから西の空が燃えるような色に染まるんです。同じ太陽の光なのに、昼は「青を撒く空気」、夕方は「赤しか通さない空気」。同じ仕組みで全然違う風景になる、というのが面白いところです。
まとめ
- 太陽光は 7 色の混合。空気は短い波長 (青) ほど強く散らす
- レイリー散乱: 散乱強度は波長の 4 乗に反比例 ($I \propto 1/\lambda^4$)
- 夕方は光が空気を長く通り、青が散り尽くす。残った赤が空を染める
