北京に再び青い太陽が見られました！砂嵐が起こると太陽はなぜ青くなるのでしょうか?

ここ数日、北京の空は灰色だ。中国気象局は、今年北部で最大の砂嵐が来るかもしれないと発表した。今朝、外に出た時、「砂を巻き上げる風」を感じましたか？太陽を見上げてみると、もともと強い白色光を発していた太陽が、青色の光を発するようになり、「青い太陽」** になっていることがわかります。何が起こっているのか？

今朝の北京科学センターの青い太陽

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太陽はなぜ青くなるのでしょうか？

これは光の散乱から始まる必要があります。光が媒体内を伝播するときに散乱することは誰もが知っています。太陽光が大気圏に当たると、そこに含まれる 7 色の可視光線 (赤、オレンジ、黄、緑、シアン、青、紫) がさまざまな程度に散乱されます。媒質粒子の直径が光の波長より小さい場合、光波はレイリー散乱を起こし、散乱強度は波長の4乗に反比例し、強度は前方と後方で等しくなります。つまり、波長の長い赤い光に比べて、波長の短い青い光はより強く散乱されるため、晴れた空は青く見えるのです。

出典: pixabay

しかし、大気中に光波の波長に近いかそれより大きい直径を持つ粒子が多数存在する場合、可視光でミー散乱が発生します。前方と後方の散乱強度が等しくない（前方の散乱強度が強い）ため、明確な方向性を示します。同時に、無色でもあります（さまざまな色の光が重ね合わされて白く見えます）。そのため、空が小さな水滴で覆われると、太陽光がミーによって散乱され、空全体が曇りの日の空の色である灰色がかった白色に見えるようになります。

出典: 屋外の光散乱をリアルタイムでレンダリング

砂嵐の天候のときも空は灰色ですが、砂の直径が0.6〜0.8mmの範囲にある場合、赤色やオレンジ色などの長波長の色光に対する砂の散乱および吸収能力は青色光よりも大きくなります。そのため、太陽の「大きな電球」の周りには青い光が残り、人間の目に捉えられることになります。

つまり、ブルーサンの出現は砂嵐の天候を伴うことが多いのです。そのため、ブルームーンを好んで使用している友人は、ブルーサンを好まなくなるかもしれません。結局、昨晩ブルームーンで洗濯したばかりの衣類を汚してしまう可能性があるからです。

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火星にも同じ「青い太陽」がある

実際、地球上で見られる珍しい「青い太陽」は火星にも存在します。

火星は「赤い惑星」と呼ばれていることは知っています。火星にいたら、果てしなく広がるオレンジがかった赤い砂漠が見えるでしょう。火星の表面は厚い酸化鉄鉱物で覆われており、赤オレンジ色の光を反射します。火星の表面が赤く見えるのはそのためです。

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植生の被覆と補強が不足しているため、これらの赤オレンジ色の砂は火星の強風によって巻き上げられ、大規模な砂嵐を形成し、これらの粗い砂が 1 万メートルの高さまで空に舞い上がることになります。たとえ風がなくても砂は落ちず、火星の上に厚い障壁を形成し、火星の空は灰色に見える。

前回の記事でも述べたように、このような気候環境では、太陽光が空の塵によって散乱し、神秘的な青い光が残り、空の広い範囲が青く染まることが分かっています。キュリオシティが送信した火星の青い太陽の写真は、かつてインターネット上で白熱した議論を巻き起こした。火星の気候や青い太陽の原因が皆に知られるようになると、青い太陽の出現は自然と環境悪化と結びつくようになりました。したがって、地球上に青い太陽が現れるたびに、多かれ少なかれ環境問題に関する議論が巻き起こることになります。

火星の夕日

出典：Sina Exploration

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太陽はまだ緑色でしょうか？

「青い太陽」の他に「緑の太陽」もあります。しかし、緑色の光が毎回非常に短い時間だけ現れるため、この現象はグリーンフラッシュとも呼ばれます。

2021年11月、福建省厦門市で「グリーンフラッシュ」現象が出現し、ネットユーザーの間で一時話題になった。

「グリーンサン」

出典：厦門ラジオテレビ

グリーンフラッシュは確かに珍しい現象で、あまりに珍しいため聞いたこともない人も多いのですが、その原因も現在の科学で説明できます。

ニュートンはかつて有名なレンズの実験を行った。彼はプリズムを使って白い太陽光を7つの異なる色の光に分解しました。これを太陽光の分散といいます。地球の大気は、実際には太陽光を屈折させたり分散させたりできる巨大なレンズと考えることができます。太陽が地平線の端にあるとき、太陽が発する光は視線とほぼ同じ高さになり、分散はこのとき最も顕著になります。このとき、青色や紫色などの短波長の光は大気によって散乱され、私たちの目に直接届きにくくなります。より長い波長を持つ赤色とオレンジ色の光だけが塵や大気を透過し、空は温かみのあるオレンジ色に見えます。

日没時には、まず赤とオレンジの光が地平線に沈んでいきます。残りの有色光のうち、青色や紫色などの短波長の光は散乱のため人間の目には検知されにくい。緑色の光だけが、依然としてある程度の浸透性を維持できます。そのため、太陽が沈むときには、太陽の上部に緑色の光が一瞬現れ、数秒間点滅してから消えます。

この光学現象は非常に稀であり、発生条件も非常に厳しい。空気の透明度が極めて高い天候で、視界が開けて遮るものがない場所でのみ、低い確率で観測できます。この奇妙な光景を見たことがある人は、本当に幸運だとしか言えません。

珍しい光学現象として、青い太陽の出現には空に塵が舞うのが伴うことが多い。不思議に思える一方で、人をイライラさせるものでもある。一方、太陽の緑色の閃光は、地元の環境が清潔で、空気の質が優れていることを示しています。地球全体の生物圏の形成に「大きく貢献」する太陽の表面のあらゆる微妙な変化には、研究する価値のある秘密が隠されているかもしれない。