夕がた、空が あかく そまって いるのを 見た ことは ありますか。まるで、だれかが 赤い えのぐを ぬったように 見えます。

ところが、じてんには こう 書いて あります。ひるより 太陽の 光が 空気の 中を とおる きょりが 長いので、みじかい ながさの 青い 光は とちゅうで ちらばって しまい、赤い 光だけが 目に とどく、と［1］。

つまり 赤は「たされた」のではなく、青が「ひかれた」あとに のこった 色です。ほかの じてんにも、おなじ ことが 書いて あります。

では、どうして 夕がたには 青が へって しまうのでしょう。

夕焼けの空は、赤い絵の具を塗ったように見えます。ところが辞典の説明は、その反対の向きです。昼より太陽の光が大気の中を通る距離が長いので、波長の短い青い光は途中で散らばって届かず、赤い光だけが目に届く、というものです［1］。

つまり、赤は足されたのではなく、青が引かれて残った色です。この説明は、コトバンクにまとめられた4種類の日本語の事典に共通していて、たとえばブリタニカでは、途中で紫や青の光が散乱され、残った赤い光が観察者の目に入る、と書かれています［1］。

ここで疑問が出ます。夕方になると、なぜ青が減る場面が生まれるのでしょうか。

夕焼けが赤いのは、昼間より太陽光が大気中を通る距離が長く、波長の短い青い光が途中で散乱されて届かず、赤い光が残るためだと説明される［1］。ここで重要なのは、赤い光が「作られる」のではなく、もともと太陽光に含まれていた赤が、青の減った分だけ相対的に目立つ点である。

この説明は、コトバンクが収録するデジタル大辞泉・世界大百科事典・ニッポニカ・ブリタニカの複数の事典で一致する［1］。英語版Wikipediaも、夕暮れの地平線近くの太陽光は散乱された青の波長が欠けるため、黄〜赤みを帯びると述べる［4］。

では、夕方の光が「青を失う」条件とは何か。次に、太陽の高さと光の通り道の関係を見る。

ひるの 太陽は、たかい ところに あります。光は、空気の そうを、まっすぐ 下へ とおって、わたしたちの ところに とどきます。

夕がたの 太陽は、ひくい ところに あります。光は、ななめに 入って くるので、空気の そうを、ながく とおります［2］。

あつい ざぶとんを、まっすぐ 上から ぬける ときと、ななめに ぬける ときを くらべて みましょう。ななめの ほうが、ながい みちを とおります。光も それと にて います。ただし 光は、あるくのでは なく、空気の つぶに ぶつかりながら すすみます。

ながい 道の とちゅうで、青い 光は 空気の つぶに ぶつかって、よこへ そらされて いきます。

昼の太陽は高い位置にあるので、光は大気の層を、ほぼ真上から短い距離で通り抜けます。日の出や日没の太陽は低く、光は斜めに入るため、より厚い大気の層を通ります［2］。

通り道が長いほど、光は空気の分子にぶつかる機会が増えます。イギリス気象局は、波長の短い青は距離が長いほど散乱され、私たちの目には波長の長い赤やオレンジが届くと説明しています［2］。

この距離が、真上からのときの何倍になるかは、今回確かめられた資料では数字にできませんでした。「ずっと長い」とだけ受け止めておきます。

それにしても、青い光だけが道の途中で外れやすいのは、なぜでしょうか。

正午の太陽光は、大気を短い経路で通過するが、日の出・日没では太陽が低く、光は斜めに、より厚い大気層を通る［2］。経路が長いほど、光が空気の分子に衝突して進路を変えられる機会が増え、波長の短い成分から順に、視線の方向から失われていく。だから、夕方の太陽光を直接見ると、波長の長い赤やオレンジが優勢になる［2］。

地平線付近の光路長が天頂の何倍にあたるかは、今回参照した資料には数値がなく、ここでは示さない。

次の問いは、なぜ短い波長が選択的に散乱されるのかである。

空気は、ちっちゃな つぶ（ぶんし）が たくさん あつまって できて います。この つぶは、光の 波の ながさよりも、ずっと ちいさいのです［2］。

こんな ちいさな つぶは、ながい 波の 赤い 光より、みじかい 波の 青い 光を、たくさん はじきます。

青い 光は、空の あちこちの つぶに ぶつかって、いろんな むきへ とんで いきます。だから ひるは、空じゅうが 青く 見えるのです。

夕日は その ぎゃくです。まっすぐ とどく 光から 青が ぬけて、赤が のこります。青空と 夕日は、おなじ しくみの うらと おもてなのです。

空気の大部分を占める窒素や酸素の分子は、可視光の波長よりずっと小さい粒です。粒がこれだけ小さいと、短い波長ほど強く散乱されます［2］。これをレイリー散乱といいます。

散乱の強さは、波長の4乗に反比例するといわれます［4］。赤を約700ナノメートル、青を約450ナノメートルとして計算すると、(700÷450)の4乗で約5.9倍になります。これは代表的な波長を選んだ概算で、選ぶ波長によって数字は変わります。

この青い光は、太陽の方向から外れて空のあちこちへ散らばります。昼の空を見上げたとき、太陽ではない方向からも青い光が目に届くので、空全体が青く見えます。一方、太陽を真っすぐ見る方向の光からは、青が減っていきます。夕日の赤と昼の青空は、光が横へ逃げるか、そのまま届くかの違いといえます。

ところで、青より波長の短い紫は、もっと散乱されるはずです。空が紫にならないのはなぜでしょうか。

大気の主成分である窒素・酸素の分子は、可視光の波長よりはるかに小さい。波長が短い光ほど、散乱される強さが大きい［2］。この関係をレイリー散乱といい、強さは波長の4乗に反比例するとされる［4］。

赤（約700 nm）と青（約450 nm）で計算すると、(700/450)^4≒5.9となり、青は赤の約5.9倍散乱される。代表波長の取り方で値は変わる概算である。

この機構は、昼の青空と夕焼けの赤を同時に説明する。太陽以外の方向を見れば、散乱で進路を変えた青い光が空じゅうから目に入り、空は青い。一方、太陽を直接見る視線では、散乱で失われる青が経路長に応じて増え、残る光が赤みを帯びる。同じ現象を、視線の向きと経路の長さで切り分けて見ているといえる。

すると、波長がさらに短い紫は青より強く散乱されるはずで、空が紫でないのは矛盾に見える。

むらさきの 光は、青より みじかい 波です。だから、青より もっと ちらばるはずです。それなのに、空は むらさきでは ありません。

りゆうは ふたつ あると いわれます。ひとつは、太陽の 光の 中に、もともと むらさきが すくない こと。もうひとつは、わたしたちの 目が、むらさきより 青の ほうに びんかん な ことです［3］。

ちらばりやすさと、もともとの おおさと、目の 見えかたが、いっしょに 空の 色を きめて います。

紫の光は青より波長が短く、散乱もいっそう強くなります。それでも空が紫に見えないのは、二つの理由があるためだと、複数の資料が説明しています［3］［2］。

一つ目は、地球の大気に入ってくる太陽光には、もともと紫が青より少ないことです。二つ目は、人の目が紫よりも青に敏感で、同じ強さなら青のほうを強く感じ取ることです。

空の色は、散乱のしやすさだけで決まるのではなく、光の中身と、見る側の目の性質まで含めた結果だと分かります。

紫は青より強く散乱されるにもかかわらず、空の色が紫として認識されないのは、太陽光のスペクトルに含まれる紫がもともと少ないことと、人間の視覚が紫より青に敏感であることの二つによると説明される［3］［2］。

空の色は、散乱の波長依存性だけでなく、光源の分光分布と観察者の感度の積として現れる。レイリー散乱の式が示す傾向と、私たちの見え方は、別の層の問題として分けて考える必要がある。

空が どうして 青いのかを しらべた ひとたちが います。イギリスの ティンダルは、小さな つぶに 光が あたると 青みが かって 見える ことを、しらべて いたと いわれます［4］。

その あとで、レイリー きょうと いう ひとが、空の 光の 色に ついて、ろんぶんを 書きました［4］。

「レイリーさんらん」という 名まえは、この 人の 名まえから きて います。

空の色の仕組みは、19世紀のイギリスの科学者たちが少しずつ解いていったといわれます。ジョン・ティンダルも、微粒子による散乱が青みがかることを調べていたとされます［4］。

その後、レイリー卿（本名ジョン・ウィリアム・ストラット）が、1871年に空の光の色と偏光についての論文を出しました。1899年には、個々の分子による散乱として、空の色の基本的なモデルを確立したとされます［4］。

「レイリー散乱」という名前は、この人の名前から来ています。

空の青さの科学的説明は、19世紀に段階的に整えられた。ジョン・ティンダル（John Tyndall）も、微粒子による散乱が青みを帯びることを調べていたとされる。レイリー卿（Lord Rayleigh、本名ジョン・ウィリアム・ストラット）は、1871年に空の光の色と偏光に関する論文を発表し、1899年の論文で、個々の分子による散乱として空の色の基本的な科学モデルを確立したとされる［4］。

1871年と1899年は別の論文であり、混同しないよう注意が要る。

火星の 空は、ひるは 赤っぽく、夕がたは 青く なると いわれます［7］。ちきゅうの ぎゃくです。

2015ねん 4がつ 15にち、NASAの 火星たんさ車 キュリオシティが、火星の 日ぼつを 7ふんかんくらい うつしました［5］。夕日の まわりは、青く 見えました。

NASAは、火星の 空に ある ちいさな ちり（つぶ）が、赤い 光より 青い 光を とおしやすい からだと 話して います［5］。

ちきゅうでは 空気の つぶが 青を にがし、火星では ちりの つぶが 青を とおす。とんでもなく ちがう けっか ですが、どちらも 「つぶが 光に どう はたらくか」で きまって います。

2015年4月15日、NASAの火星探査車キュリオシティは、火星の日没を約7分間にわたって撮影しました［5］。夕日のまわりの空は、青く写っています。

NASAの説明では、火星の空に浮かぶ塵の粒は、赤い光より青い光を効率よく通します。つまり、地球とは逆に、火星では夕日の近くに青い光が残ります［5］。

ほかにもスピリットとオポチュニティが、火星の日没で青い光を写しています。2005年にスピリットは、グセフ・クレーターの夕日を、赤みがかった空の中で青い光の輪として写しました［6］。

日本語の解説では、地球の空はレイリー散乱、火星の空はミー散乱が中心になり、火星の昼の空は赤、夕暮れは青いとまとめられています［7］。ただし粒の大きさなど、細かい仕組みまでは、今回は確かめられていません。

NASAの探査車キュリオシティは、2015年4月15日に約7分間の火星の日没を撮影し、太陽まわりの青みを捉えた。NASAは、火星の塵の粒子が赤い光より青い光を効率よく透過させるためと説明する［5］。

スピリットとオポチュニティも、斜めに大気を見通す日没時に青い光を撮影し、2005年にスピリットはグセフ・クレーターの日没で、赤みがかった空に青い光の輪（オーレオール）を写した［6］。

日本語の解説は、地球の空色を支配するのがレイリー散乱、火星ではミー散乱だとまとめ、火星の空は昼が赤く、夕暮れが青いとする［7］。塵の粒径と詳細な機構は、NASAのページでは確認できず、二次情報にとどまるため、断定を避ける。

地球の夕日では、小さな分子が青を横へ散らして赤が残る。火星では、塵の粒子が赤より青を通す。粒子の大きさや性質が変われば、同じ「光が散る」現象の結果は逆になりうる。

今日できること

コップに 水を 入れて、牛にゅうを 2〜3てき たらし、ほそい ひかりの ライトで よこから あてて みましょう。まっくらに した へやで、よこから 見た 色と、ライトの むこう がわから 見た 色を くらべます。見えかたは、牛にゅうの おおさや へやの 明るさで かわります。

出かけてできること

夕がた、太陽と 反たいがわの 空も 見て みましょう。太陽そのものは、じかに 見ては いけません。目を いためます。

こうしきの 情報じょうほう

本や 図かんの「空の 色」「夕やけ」の ページに、おなじ 話が のって います。

今日できること

透明なコップに水を入れ、牛乳を2〜3滴たらして混ぜます。部屋を暗くして、細い光のライトで横から照らし、横から見た色と、コップの反対側から見た色を比べてください。光の通り道の長さで色が違って見えるかを確かめる遊びです。見え方は、牛乳の量や部屋の明るさで変わります。

出かけてできること

夕方に、太陽と反対側の空の色と、太陽の近くの空の色を見比べます。太陽は直接見ず、まぶしい方向は避けてください。

公式情報

気象機関や科学館の解説に、空の色と大気の話があります。NASAの火星探査機の画像も、サイトで公開されています。

今日できること

水を入れたコップに牛乳を数滴加え、暗い部屋で細い光を横から当てて、側面から見た色と、通り抜けた光の色を比べる。牛乳の量と光源の明るさで見え方が変わるので、条件を変えながら試す。

出かけてできること

夕方、太陽と反対側の空と、太陽に近い空の色を見比べる。太陽を直接見てはいけない。

公式情報

気象庁・国立天文台の解説が、日本語で確かめる手がかりになる。図書館の空や天気の本にも、夕焼けの説明がある。