【創造栽培プログラム】地球では空と海は同じ色ですが、火星や金星にも青い空があるのでしょうか？

天気が良いと、見える空は青く、海も青いです。なぜそうなるのか疑問に思ったことはありませんか?さらに、人類は宇宙を探索しています。他の惑星に行ったら、私たちが見る空も同じように青いのでしょうか？それとも他の色ですか?

まず、私たちの目がどのように色を認識するかを見てみましょう。私たちの目は外界からの光を受けて世界を観察し、色を認識します。光の本質は電磁波であり、異なる波長の光は異なる色に対応します。私たちが目で物を見るとき、実際には目を使ってさまざまな波長の可視光を受け取っています。

物体が特定の色に見えるのは、その物体が特定の波長の光を反射しているからです。たとえば、私たちが緑の葉を見るのは、葉に含まれるクロロフィルが可視光線の中の赤色と紫色の光を吸収し、葉が緑色の光を反射するためです。私たちの目は緑色の光を受け取り、葉が緑色であるという感覚を覚えます。

空の色について議論するには、まず私たちが見る光は主に主要な星から来ていることを知っておく必要があります。私たちの太陽系の星は太陽です。太陽系のすべての天体から私たちが見る空は、太陽光の影響です。太陽がなければ、空はいつも真っ黒になります。原理は非常に単純です。

では、太陽は地球や他の惑星を照らすときに異なる色を生み出すのでしょうか?まずは太陽光の成分を見てみましょう。太陽光自体は白色光であり、赤、オレンジ、黄、緑、シアン、青、紫の 7 つの色で構成されています。障害物がなければ、私たちが見る光、つまり空間は無色になります。私たちが青空を見るのは、太陽光が大気圏を通過する際に、7色の光のうち一部が吸収され、一部が放射され、残りの部分だけが私たちの視界に入るからです。

具体的には、太陽光が大気圏に入ると、大気中に浮遊する大気分子や粒子に遭遇して散乱されるからです。科学者の測定によると、緑、青、紫の光は周波数が高く、波長が短い。赤、オレンジ、黄色の光は周波数が低く、波長が長くなります。空中で障害物に遭遇すると、青い光はあらゆる場所に「散乱」し、空全体を覆います。このようにして空は青く「散らばる​​」のです。

朝夕の太陽光は斜めで伝播経路が長いため、厚い大気を通過した後、短波長の青色光は基本的に大気中に浮遊する粒子によって遮られ、遠くまで到達できません。赤色光は波長が長いため、障害物を容易に通過でき、簡単には遮断されません。より遠くまで届くようになります。そのため、日の出や日の入りのときに見る朝焼けや夕焼けは、赤く見えることが多いのです。

つまり、晴れた空が青いのは、大気自体が青いからでも、大気中に青い物質があるからでもなく、大気中の分子や大気中に浮遊する微粒子によって太陽光が散乱されるからです。媒体の不均一性によるもの。光が本来の伝播方向から逸れて横方向に散乱する現象を、媒体による光の散乱といいます。

雨の日の空はどうですか？雨の日の空は灰色がかった白色です。雲が厚いため、太陽光の主な反射は晴れた日よりも弱くなり、空は晴れた日よりも暗く見えます。太陽光が再び厚い雲を通過すると、雲に含まれる水分量が多く、塵埃が多いため、太陽光が反射され、主に塵埃や小さな水滴、氷の結晶の色が現れます。そのため、雨の日の空は灰色がかった白く見えます。

このことから、私たちが見る空の色は、大気の密度と組成によって異なることがわかります。これから、他の惑星の状況がどのようなものか想像します。

例えば、火星の大気は非常に薄く、大気の主成分は二酸化炭素であり、表面の大気圧は 1 気圧未満です。砂嵐が頻繁に発生するため、大気中には依然として大量の塵が存在し、その中にはミクロンからナノメートルの大きさに及ぶ多くの酸化鉄粒子が含まれています。そのため、火星の空を見ると、天気が晴れているときは非常に明るい青空が見えます。しかし、ほとんどの場合は黄色がかっています。

金星はもう一方の極端にあります。金星の大気は非常に濃いため、表面の大気圧は93気圧、つまり大気圧の93倍になります。主成分は二酸化炭素で、その他に少量の窒素、水、二酸化硫黄が含まれています。金星の表面温度は摂氏400度以上に達します。金星の上に立って空を眺めても、何も見えません。大気を通過できる光はごくわずかです。私たちが見ている空は、非常に濁った土っぽい黄色で、激しい砂嵐に遭遇したときのような感じです。

月や水星などの天体には、大気がほとんどありません。光が表面に到達しても変化はなく、私たちが見る空は無色透明です。海について話しましょう。地球の海の色もなぜ青いのでしょうか？

海水が青く見えるのも太陽光の影響によるものです。太陽光の波長が長いほど、海水に浸透しやすくなり、海水や海洋生物に吸収されやすくなります。短波長のほとんどは反射・散乱され、海水に侵入できません。

水の色は周囲の環境によって変化します。水中に溶解した元素や浮遊している不純物によって、水の色が異なることがあります。私たちが普段目にする水は、無色透明に見えます。それは、水の量が比較的少なく、水を構成する水分子が可視光をほとんど吸収しないため、ほとんど無視できるからです。そのため、ほぼすべての可視光線が水を通過することができ、水は私たちの目には自然に透明に見えます。

しかし、実際には、純粋な水は薄い青色に見えます。水が特に豊富で深いときに、これを簡単に発見できます。水分子は可視光をほとんど吸収しないことは既に述べましたが、水分子には「水素結合」と呼ばれるものがあります。その影響により、水は青色光よりも赤色光と緑色光をわずかに多く吸収し、青色光が見えやすくなります。

したがって、純粋な水が一定の深さに達すると青く見え、海や氷河の巨大な氷の塊など、水が深くなるほど青くなります。光が非常に深い海水や氷を透過すると、その途中で赤色光がどんどん失われていきます。数メートルの深さに達すると、赤色光のほとんどは消費されますが、青色光は非常に遠くまで浸透することができます。青色光は完全に吸収される前に自由に散乱、反射し、その一部は最終的に海水や氷の表面に戻り、私たちの目に青色光を照らします。また、海や湖の水面は青空を映し出すことが多く、より青く見えたり、海と空がひとつの色になったような光景が生まれます。