sky

天空(Sky)

青い空

雲の上の青空

天頂の雲と空

街の上空

ハワイ・マウナケアの空

富士山とその上空

「空はなぜ青い？」

太陽の光はプリズムによって，虹色に分解できます．この虹色の光は，色によってそれぞれ波長が異なっています．青い光ほど波長が短く，赤くなるほど波長は長くなります．このように，太陽の光にはさまざまな色(波長)の光が含まれていますが，この色(波長)の違いが空の青色にも関係しています．

大気中に入射してきた太陽光は，大気中の空気分子や水蒸気や小さなチリなどに当たって散乱します．空気分子など非常に微小な粒子による散乱では，散乱される度合いは波長によって異なることがわかっています．これは｢レイリー散乱｣と呼ばれます．レイリー散乱の理論によれば，散乱量は光の波長の4乗に反比例するため，青い光の方が赤い光よりも，約16倍もたくさん散乱されるのです (青い光の波長は赤い光の波長の半分ぐらいです)．このレイリー散乱の結果，散乱の度合いが大きくたくさん散乱された青い光が， (太陽の方向とは異なる) あちこちの方向から私たちの目に飛び込んできます．このため空は青く見えるのです．

夕方の空

日本海に沈む夕日

岡山の日暮れ

雲海に沈む夕日/マウナケア

｢夕焼けはなぜ赤い？｣

明け方や夕方には，太陽の高度が低く地平線付近なので，昼間に比べて，太陽の光が大気を通過する距離が長くなります．太陽の光が長い距離を通過してくる間に，青い光は散乱されてあちこちに飛び散ってしまい，私たちの目に届く前にほとんど失われてしまいます (散乱された青い光は，よその地方で青空を作っているのです)．しかし，青い光に比べてあまり散乱されずに残っている赤い光は，私たちの目に届きます．このため明け方や夕方の空は赤く見えるのです．
なお，朝焼けより夕焼けの方が赤く見えるのは，車や工場など，昼間の人間のさまざまな活動によって，空気中に多くのチリやゴミが出て，より多くの散乱が起こるからです．

夜空

「夜空はなぜ暗い？」

西の地平線に太陽が沈むと，空は暗くなります．夜空が暗いのは太陽（おひさま）が見えないからでしょうか？　いえいえ，宇宙空間に出ても，太陽の方向以外は真っ暗です．夜空の暗さは宇宙の暗さなのです．

ところで，宇宙には太陽以外にも無数の星々が存在しています．明るい星だけでなく，光り輝くガス雲や高エネルギーの天体もあります．なのに何故夜空は暗いのでしょうか？　もし宇宙が無限に広がっていて無限の過去から存在しているなら，宇宙のどの方向を見ても必ず星が見えるので，太陽光と同じくらい明るい光で宇宙は満ちているはずですが，実際には宇宙は漆黒の闇に満ちています．この問題は｢オルバースのパラドックス｣として知られているものです．

たくさんの星が存在している宇宙が暗い理由，すなわちオルバースのパラドックスの解決方法としては，まず一つには，宇宙の星々は均一に分布しているわけではありません．星は銀河を作り，銀河は銀河団を作り，銀河団は超銀河団を作るというように，宇宙が階層構造をなしているため，スケールが大きくなるほど星の相対的な密度は減ってしまいます．さらに宇宙は全体として膨張しているので，遠方の星からの光は赤方偏移を受けて弱まり，その結果，遠方の宇宙ほど相対的に暗くなってしまいます．最後に，宇宙は無限の過去から存在しているわけではなく，宇宙が生まれてから有限の年齢しか経っていません．そのため，遠方の宇宙からの光は，まだ地球まで届いていないのです．これらの理由が重なった結果として，宇宙空間は，いまの時代は，暗くなってしまったというわけです．

水槽の中の青空－青空と夕焼けを作る実験

乳剤を溶かした水槽に，プロジェクタなどの強い光線を当ててみましょう．乳剤の微粒子によって散乱された光は青く輝き， (青い光が散乱されてしまった)残りの光線は赤っぽい光になってしまいます．