散乱

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散乱の意味とは

色彩の学習で学ぶ「散乱」とは、光が大気中の水蒸気やちりなどの粒子に衝突し、その方向を変えられて散らばってしまうことです。晴れた昼間の空が青く見えたり、夕焼けの空が赤く見えたり、雲が白く見えたりするのは、実はこの光の散乱によるもの。さて、一体どういう仕組みなのでしょう。

その前提として、まずは光の正体を簡単にご説明しておきますと、光は電磁波の一種。電磁波とは、電気と磁気のエネルギーが波のように空間を伝わっていくもので、その波長によって呼び名が異なります。

波長のイメージ図。"wavelength" と示された部分の長さが波長です。

波長
波長
photo credit: Wessex Archaeology via photopin cc

例えば、波長が短い電磁波の例はガンマ線やX線、長いものの例はテレビやラジオに用いられる電波など。また、健康や美容の話題でおなじみの紫外線や赤外線も電磁波の一種です。

これらの電磁波は、すべて人間の目には見えません。ですが、例外的に約380nm〜680nmの波長範囲だけは、人間の目が感知することができるのです。この範囲の電磁波を光、または可視光と呼びます。

さて、ここまでが前提。いよいよ散乱のお話に入りましょう。

光は、波長によって色が異なり、短波長の光は青く、長波長の光は赤いのですが、散乱しやすいのは短波長。すなわち、太陽光が大気中に入ると、青い光から散乱していきます。これが、私たちの見ている青空の正体です。

青い空
青い空
photo credit: Thomas Leth-Olsen via photopin cc

次に、夕焼け空の色は何かといいますと、これは、太陽光の中の青い光が散りきって、散乱しにくい赤い光だけが私たちの目に届いたもの。

夕焼け空
夕焼け空
photo credit: yuichi.sakuraba via photopin cc

夕方には、太陽光は私たちから見て斜め方向から入ってきますので、それだけ長く大気中を進まなければならず、その間にどんどん散乱が進行してしまうというわけです。

光の散乱のモデル図
光の散乱のモデル図

では、雲が白く見えるのはなぜかというと、これはすべての波長の光が一様に散乱するから。光は、全部混ぜ合わせると白になりますので、その色が見えているというわけです。

白い雲
白い雲
photo credit: Sister72 via photopin cc

えっ、夕焼けや青空のときには青が早く散ると言ったのに、なぜ一様に?という話ですが、これは光がぶつかる大気中の粒子の大きさの問題。光の波長より粒子の方が大きいと、すべての波長が一様に散乱するのです。これを「ミー散乱」といいます。

他方、青空や夕焼けの色の間隔を引き起こす散乱は「レイリー散乱」と呼ばれ、区別されます。

まとめますと、

  • 粒子>光の波長 = ミー散乱(白い雲)
  • 粒子≦光の波長 = レイリー散乱(青空、夕焼け空)

となります。これは、カラーコーディネーター3級では、頻出ですので、しっかり憶えておいてください。

色彩検定でも、散乱は3級の必須項目ですが、厳密にいうとレイリー散乱にしか触れられていません。

  • 青い空と夕焼け空の色は、光の「散乱」による
  • 短波長の青い光は散乱しやすい
  • 夕焼けの赤は、青い光が散乱しきって、赤い光だけが目に届いたもの

ということをしっかり押さえて試験に臨みましょう。もちろん、これはカラーコーディネーター検定を受験する方も同じです。

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理解度クイズ(正解は記事下)

空が青く見えるのは、青い光、すなわち(  )波長の光ほど散りやすいからである
A)長
B)中
C)短


理解度クイズの正解:C)短

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