空はなぜ青いのか

地球では、 昼間の晴天の空は下の写真のように青く見えます。

一方、月では昼間でも空は真っ黒です。

注）上記の画像はCCS株式会社の「光と色の話 第一部」からの引用です。

地球の空が青く見えるのは、地球には窒素や酸素などからなる大気があるためです。

太陽から地球に降り注ぐ光は、大気中の窒素や酸素などの分子によって、あらゆる方向に散乱されます。光を散乱する粒子の大きさが光の波長よりも十分に小さい場合、この散乱はレイリー散乱と呼ばれます。レイリー散乱の強さは、波長λの4乗に反比例します。

したがって、波長が1/2になると、散乱の強さは16倍になります。すなわち、波長の長い赤色の光よりも、波長の短い青色の光の方が強く散乱されるため、晴天時の空は青く見えます。

また、夕焼けが赤いのは、夕方になると太陽光が大気中を長い距離通過するため、波長の短い青い光などが強く散乱され、波長の長い赤い光が多く残るからです。

注）上記の画像と式は山と音楽　Into Thin Airからの引用です。