空の色を見る

青・白・赤の空の色が、何で決まるか。

空の色を決めるのは、太陽の光を散らす粒の大きさである。粒が光の波長よりずっと小さいか、波長と同じくらいか、それより大きいかで、散らされ方も見える色も変わる。青・白・赤のどの色を見ているときも、この一点に戻ると仕組みが追える。

晴れた日の空が青いのは、空気の分子が光の波長よりはるかに小さいためである。波長の短い光ほど強く散乱されるので、散らされた青い光が空じゅうに回って見える。天頂と、地平線に近い低い空を見比べると、濃さの違いに気づく。地平線寄りの光は大気を通る距離が長く、途中で何度も散らされて白い光が混ざるため、天頂がいちばん濃い青で、低い空ほど白く薄まる。しくみの続きは空の青にまとめてある。

雲が白いのは、雲粒の大きさが光の波長と同じくらいであるためである。この大きさでは特定の色だけが強く散乱されることがなく、どの色もほぼ等しく返って白く見える。気象庁は、霧を微小な浮遊水滴によって視程が1km未満になった状態と定めており、同じ理屈で小さな水滴が波長によらず光を散らすため霧も白く見える。厚い雲の底が灰色に沈むのは、散らされた光の多くが上や横へ返り、底まで届く分が減るためで、同じ雲の頂と底を見比べると白から灰色へ移る段が読める。詳しくは雲の白と灰色に続く。

日の出や日の入りの前後に空が赤く染まるのは、太陽が低いほど、光が大気を通る距離が延びるためである。気象庁は、夕方は太陽光が大気を通る距離が長くなり、波長の短い光は途中で散乱され尽くして、波長の長い赤色の光が多く地上に届くと説明している。昼間と同じ散乱が、通り道の長さだけを変えて赤を残した結果であり、空に赤を足しているわけではない。西か東の、地平線まで見通せる場所を選ぶと色の段がよく分かる。太陽が沈みきるまでは、太陽そのものを直接見ない。色の変わり目の見分け方は夕焼け・朝焼けに続く。

3色の決め手が粒の大きさなら、煙霧はその粒が増えて大きくなった状態にあたる。気象庁は、乾いた微粒子によって視程が10km未満になった状態を煙霧、微小な水滴や湿った微粒子によって視程が1km以上10km未満になった状態をもやと定めている。水滴であれ乾いた微粒子であれ、粒が増えるほど青は白く濁り、遠くの輪郭もにじむ。晴れた日の青と白だけでなく、霞んだ日にどこまで輪郭が見えるかも一緒に確かめると、同じ仕組みを違う条件で読む練習になる。