空が青く見えるのはなぜ？　人間だけが持つ意外な理由

空の青さのカギをにぎるのは酸素と窒素の分子

カイトリン・ホフマイスター氏：今回扱うトピックは、誰もが一度は抱いたことのある疑問です。といっても、「生きる意味はなにか？」ではありません。「SciShow」ではこの質問に科学的にアプローチした動画もありますので、よかったらご覧ください。「愛とはなにか？」でもありません。ちなみにこの動画も視聴できます。

英語圏においてもっとも頻繁にGoogle検索される質問の1つであり、子どもが必ずと言っていいほど聞きたがり、答えを知らない大人が適当にごまかそうとすることで有名な質問。それがこれです。

どうして空は青いの？

これからその質問にお答えしましょう！　今日はこの“世界で一番よく聞かれる質問”について考えていきたいと思います。

空が青い理由は3つあります。太陽光、大気中の粒子、そして見ている私たちが人間だからです。3つ目については最後に説明するとして、まずは太陽光と大気中の粒子の相互作用に注目してみましょう。

かつて空の青さは、大気中の塵や水滴、そのほかの大きな粒子がつくりだしていると信じられていました。これは間違いです。空の青さをつくりだしているのは、空気中の非常に小さな粒子、空気分子そのものです。とくに酸素分子と窒素分子がカギとなります。

光の波長よりも小さい超微小の酸素分子と窒素分子は、空気中に大量に存在しています。これこそが空の実態です。

目に見える光は、長さの違う波長のスペクトルから成り立っています。最長の波長をもつのは赤い光で、最短の波長をもつのは青、もっと正確にいえば紫の光です。

ほかの生物から見ると空は青くない？

青の波長は短いので、大気中の酸素分子や窒素分子に、より頻繁に衝突します。その結果、衝突した青の波長はありとあらゆる方向へ散乱します。

これは“レイリー散乱”と呼ばれます。1871年、青い光の波長は赤い光の波長と比べて、空気中で16倍も散乱するということを数学的に証明し、それを発表したジョン・ウィリアム・ストラット、通称レイリー男爵が、この現象にはじめて言及したからです。

でもちょっと待ってください。最短の波長をもつのは紫の光でしたよね？　紫の波長は青よりもさらに短いわけですから、空気分子との衝突もより頻繁になり、もっと散乱するはずですよね？　ではなぜ空は紫色ではないのでしょうか？

そこで重要になってくるのが3つめの理由、私たちが人間である、という事実です。人間の目は、光のスペクトルの真ん中に位置する色をより鮮明に捉えられるようにできています。

ですから、紫よりも青の方が目でとらえるのがずっと簡単なのです。青の波長よりも紫の波長の方が空気中に多く散乱しているにも関わらず空が青く見えるのは、私たちの目が紫色よりも青色を捉えているからにすぎません。

虹色の中で紫色がもっとも目で確認しづらいのも、同じ理由です。

この「SciShow」をご覧のみなさんはラッキーです。というのも、みなさんにアンケート調査をしたところ、虹色のなかでもっとも人気があったのは青だったからです。アンケートに答えてくださった視聴者の33.55パーセントが、もっとも好きな色に青を挙げ、一番人気のなかった色は黄色でわずか2.8パーセントでした。かわいそうな黄色……。

生物の中には、ミツバチやある特定の鳥類など、光のスペクトルの端から端まですべての色をその目でとらえられるものもいます。

これらの生物はもしかしたら黄色がお気に入りかもしれません。そして彼らの目には、空はまったく違ったものとしてうつっているのかもしれませんね。