空と海は何故青いのか

ロングバケーション

　私は、パソコンのデスクトップ画面を、ロングバケーションにしている。南国の果てしない海と空を見ていると、パソコンを打った後の疲労感も吹き飛ぶ。海も空も透き通る様な青色をしている。

　空は太陽と月または星のある部分以外は、真っ黒なはずである。海も、太陽の光が海表と海底に当たり反射している部分以外は、真っ黒な筈である。図左の様であり、宇宙空間はこんな感じである。

　なのに、実際の空と海は、図右の通り一面真っ青である。この現象は、良く空気中や海中に含まれる微粒子に、太陽の光が乱反射する為と説明される。しかし、本当に、この説明は正確であろうか。

光の乱反射

　確かに、大気中や海中には、多くの微粒子が含まれており、光を反射している。反射した光が、また微粒子に当たり反射する。これを際限なく繰り返す。すると、空や海は、含まれている全ての微粒子が光り明るく見える。

　反射で、空や海が一面明るくなることは説明することが出来る。しかし、青色に輝くことを説明することは出来ない。反射する光の色は、微粒子の表面の性質により決まる。全微粒子が、青色であれば空や海一面が青色となる。しかし、実際にはそうではない。

光の乱屈折

　空気と水等、異なる物質が接している場合、光はその境の面で屈折する。波長の長い赤い光は余り屈折せずに進み、波長の短い青い光は良く屈折する。

　空気中には、水滴が多数含まれている。その水滴により、青い光は屈折する。青い光は、様々な方向へ曲がり、あらゆる方向から私に降り注ぐ。

　それに比べて、赤い光は水滴によっても余り曲がらず、まっすぐに私の方向へやって来る。従って、赤い光は太陽の方向からしか届かない。

　海も同様である。海水には、空気の細かい泡が多数含まれている。青い光は気泡により屈折し、様々な方向へ曲がり、あらゆる方向から私に届く。そして、海一面が青く光る。赤い光は、余り曲がらず海底に向かって進む。

一面に光り輝く青

　こうして、乱反射ではなく、青い光が乱屈折することにより、空と海は一面が青く光る。

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