夕陽はなぜ赤いの?【第78号】

レイリー男爵が見つけた「夕陽が赤い理由」と夕陽にまつわる個人的な思い出
金谷一朗(いち) 2022.05.13
誰でも

🎙️このレターには音声版があります (🍎Apple | 🎷Spotify | 🌏Web)

【140字まとめ】先週,京都東山のお寺さんに法事で行って参りました.夕焼けが大変美しく,お琴の演奏を聴かせて頂いたり,講義をさせて頂いたり,ご住職,奥様とお酒を飲ませて頂いたりした場所です.そこで,今週のニュースレターでは「夕焼け」をテーマにお送りします.夕焼けが赤い理由,空が青い理由などなど.

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STEAM NEWS は毎週届くニュースレターです.国内外のSTEAM分野(科学・技術・工学・アート・数学)に関するニュースを面白く解説するほか,おすすめ書籍,TEDトークもお届けします.芸術系や人文系の学生さんや教育関係者の方,古代エジプト好きな方に特におすすめです.

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いちです,おはようございます.

来週日曜日(2022年5月22日) TEDxKobe というイベントに僕もスピーカーとして登壇させて頂きます.

ここ1ヶ月,僕もいちからスライド作りを勉強し直して,リハーサルを録画してYouTubeのプライベートチャンネルにアップして,仲間やスタッフさんに見て貰って,改善しての繰り返しをしています.

僕は普段はキュレーターとしてTEDxに関わっていまして,登壇していただくスピーカーには随分と厳しいことも言ってきたのですが,それが全て自分に跳ね返ってきています.僕のコーチングを受けたスピーカーには今からでも全員謝りに行きたいです.

「ちっぽけなプライドなんて捨ててしまえ」という歌はよくありますが,あれ,きっと違いますね.誇りだろうが奢りだろうが,小さな小さなプライドだけが,自分を前に進める力の源なんだと,僕は思います.

TEDxKobe 2022 には素晴らしいスピーカーたち,パフォーマーたちが登壇しますから,どうぞお楽しみに.

【お知らせ】ツイッターで「STEAMコミュニティ」を運営しています.アカウントをお持ちの方は是非ご参加ください.

《目次》

  • レイリー男爵登場

  • 空はなぜ青いの?夕焼けはなぜ赤いの?

  • 火星の夕焼けと地球のグリーンフラッシュ

  • 人間の目は「4原色」?日没後に世界が青く見える「プルキニェ現象」

  • おすすめ書籍:文系でもよくわかる 世界の仕組みを物理学で知る

  • おすすめTEDトーク:目の錯覚が示す私たちの物の見方(日本語字幕)

  • Q&A

  • 一伍一什のはなし

レイリー男爵登場

アイルランド王国の貴族ジェームズ・フィッツジェラルド (James FitzGerald) の娘として,1758年にシャーロット・メアリー・ガートルード・フィッツジェラルド (Charlotte Mary Gertrude FitzGerald) は生まれました.ジェームズは軍の指揮官を務めており,シャーロットが8歳のときに彼は「初代リンスター公爵」に叙せられています.このリンスター侯爵家は現在まで続いています.

そんなシャーロットは1789年にジョセフ・ホールデン・ストラット中佐(後に大佐)と結婚します.ストラットは大きな軍功を立てたのですが,庶民出身のストラットの代わりにシャーロットが爵位を受けます.このようにして「レイリー男爵 (Baron Rayleigh)」家が生まれました.ただしシャーロットは女性なので,彼女のことは「初代レイリー男爵 (1st Baroness Rayleigh)」と呼びます.バロン (Baron) を男爵と訳すのは問題がありそうですね.もっとも英語にしたところで「男爵夫人」と「女男爵」が両方ともバロネス (Baroness) なので別な問題が生じます.なおストラットは退役後イギリス庶民院の議員を長く務めました.

シャーロットの孫,第3代レイリー男爵であるジョン・ウィリアム・ストラット (John William Strutt) は1842年に生まれ,やがてケンブリッジ大学のトリニティ・カレッジで数学を学び,その後物理学者になりました.彼は「アルゴン」という気体の発見で1904年にノーベル物理学賞を共同受賞しています.

残念なことにシャーロットは1836年に亡くなっているので,3代目の活躍を見ることはありませんでしたが,きっとあの世で目を細めていたことでしょう.

そんな第3代レイリー男爵のもうひとつの発見を,この号ではお話ししたいと思います.

空はなぜ青いの?夕焼けはなぜ赤いの?

昼間に星を見る方法があるとしたら,驚かれるでしょうか?

事前に星の位置を調べておいて,天体望遠鏡をその方向へ向ければ,昼間でもその星を見ることが出来ます.もしその星が1等星か2等星ぐらいまでなら.

地球上にいる限り,昼間に星を見ようと思ったらこの方法しかありません.

望遠鏡がなければ星を見ることが出来ない理由は,青空が星の光を「横から」邪魔するからです.事実,青空のない月面からは昼間でも星を見ることが出来ます.

しかし青空はいったいどうやって星の光を邪魔しているのでしょう.

もし地球に大気がなければ,太陽はただ明るいだけの,ひとつの星です.しかし大気があるために,太陽は空全体を青く光らせています.そうなんです,空はただ青いだけでなく,空は発光しているのです.正確に言うと,太陽が大気を宇宙から,つまり「裏側」から「白く」照らしていて,その太陽からの光を大気が四方八方に散乱させているのです.太陽からの「白い」光には「青」も「赤」も「緑」も含まれているのですが,青と緑の光は散乱し,赤い光は直進します.

これには理由が有ります.太陽光は「波長」が異なる様々な光を含んでいます.波長が長いのが「赤」で,中ぐらいなのが「緑」で,短いのが「青」,全部混ざってるのが「白」と覚えておけば,おおよそ正解です.

そしてとても大雑把に言うと,大気を構成する「分子」を,波長が長い赤は「すり抜け」やすく,波長が短い青と緑は「すり抜け」にくいのです.すり抜けられなかった青と緑は散乱して四方八方へ飛び散ります.

波長の長い「赤」は大気の分子をすり抜け,波長の短い「青」は散乱される(<a href="https://tadao-sakamoto.com/rayleigh-scattering-mie-scattering/">坂元忠夫の絵画教室</a>)
波長の長い「赤」は大気の分子をすり抜け,波長の短い「青」は散乱される(坂元忠夫の絵画教室

「青と緑の散乱」は四方八方へ飛び散るので,地上へ向かってだけでなく,宇宙へも向かっています.「青」のほうがより強く散乱するために,宇宙から地球を観ると青く輝いているのですね.

朝方や夕方の太陽の光は,大気の中を昼間よりも長く通過します.そうすると,青や緑が散乱によって「抜けていって」赤だけが残るのです.朝焼けや夕焼けが赤いのはこの理由です.

朝方や夕方の太陽光は大気中を長く飛行する(<a href="https://tadao-sakamoto.com/rayleigh-scattering-mie-scattering/">坂元忠夫の絵画教室</a>)
朝方や夕方の太陽光は大気中を長く飛行する(坂元忠夫の絵画教室

このような大気による光の散乱の法則を見つけたのが,第3代レイリー男爵であるジョン・ウィリアム・ストラットでした.そのため,この物理現象のことを「レイリー散乱」と呼びます.

ところで,国際照明委員会(CIE)は,快晴の正午と同じ色合いの照明を「D65」として標準化しています.この「D65」照明は日本人にしてみるとかなり「青っぽい」照明になるのですが,文献によると第3代レイリー男爵の時代のイギリスの空はかなり青かったようです.

ちなみに長崎の夕方の空も青いです.こんな風に.

長崎の夕方の空(筆者撮影)
長崎の夕方の空(筆者撮影)

火星の夕焼けと地球のグリーンフラッシュ

「赤い惑星」火星には大気がほとんどありません.では夕焼けもないのかというと,そうではないのです.火星の地表面ではダストと呼ばれる粉塵が舞い上がっています.この粉塵は赤い光を強く散乱させるので,火星の昼間は空がオレンジ色に見えています.

火星の夕焼け (NASA's Mars Exploration Rover ,Public Domain)
火星の夕焼け (NASA's Mars Exploration Rover ,Public Domain)

そして,地球とは逆で,夕方になると太陽の青い光だけが目に届くことになります.そのために火星の夕焼けは青く見えます.なおこの散乱は「レイリー散乱」ではなく「ミー散乱」という別のメカニズムによって起こっています.

太陽の光が大気を長く横切るときに朝焼け,夕焼けが起こるのは地球も火星も同じなんですね.

冒頭で,地球の大気は「青」と「緑」を散乱させ「赤」をまっすぐ透過させると書いたのですが,太陽が地平線に沈む直前には,太陽光線の「緑」が見えることがあります.この現象を「グリーンフラッシュ (green flash)」と呼びます.

グリーンフラッシュ (Brocken Inaglory, CC BY-SA 3.0)
グリーンフラッシュ (Brocken Inaglory, CC BY-SA 3.0)

神秘的な現象ですね.この一瞬は,緑の光線も大気を突き抜けているのです.

僕も一度だけグリーンフラッシュを見たことがあります.

ただほんの一瞬だったので,本当のグリーンフラッシュだったのか,夕陽を見過ぎた結果による目の疲れだったのかは分からないのですが,一緒に見ていた方も一瞬緑に見えたと言われていたので,グリーンフラッシュだったと信じることにしています.

人間の目は「4原色」?日没後に世界が青く見える「プルキニェ現象」

太陽からの光は「赤」「緑」「青」だけではありません.虹は太陽光が作り出す美しい現象ですが,ぱっと見ただけでも6色から7色を数えることが出来ます.虹を注意深く見てみると,例えば赤と橙の間に無数の色があることも見て取れるでしょう.

実際,光線に色はありません.

色は人間の目と脳が,光線の波長に対応させて作り出しているのです.波長の長い光線は「赤」で,中ぐらいが「緑」で,短いのが「青」といったふうに.

面白いことに,波長が「赤」と「緑」の中間の光を我々は「黄色」と感じます.そして「赤」と「緑」の2種類を混ぜた光も「黄色」と感じます.この両者は全くの別物なのですが,我々は区別することが出来ません.

しかし,赤と緑だけで黄色が再現出来るので,例えば液晶TVには黄色のドットがありません.黄色を再現するときは赤のドットと緑のドットを点灯するのです.

あらゆる色は「赤」「緑」「青」の「3原色」があれば再現出来ることが知られています.これはニュートンによって経験的に発見され,20世紀の生理学者ジョージ・ワルド,ハルダン・ケファー・ハートライン,ラグナー・グラニトらによってその理由が生物学的に突き止められました.この3人は1967年にノーベル生理学・医学賞を受賞しています.

人間の目には「赤」「緑」「青」に対応する3種類の「視細胞」があります.この視細胞たちは色に対する感度があるのですが,残念なことに明るい環境でしか機能しません.暗闇では使い物にならないのです.この視細胞たちは3種類ともお菓子の「とんがりコーン」の形をしています.

人間の目にはもうひとつ,色は区別できないけれども暗闇に強い視細胞があります.こちらはお菓子の「ポッキー」の形をしています.このポッキーがあるから,人間は暗がりでも歩くことが出来るのです.

朝方,空が微かに明るくなったころ,世界が「ブルー」に見えたことはありませんか?

ポッキー視細胞そのものは色覚と関係ないのですが,青,緑あたりの波長に感度が高く,赤あたりの波長に感度が低いため,とんがりコーンが目を覚ました頃は色覚が青方向にシフトするのです.その結果,世界がブルーに見える時間帯が生まれます.このような現象を「プルキニェ現象 (Purkinje Phenomenon)」と呼びます.コンピュータグラフィックスでプルキニェ現象を再現する場合は,人間の目が「4原色」だと思ってシーンを計算することもあります.

照明で意図的にブルーな世界を作る場合もあります.

例えばTEDカンファレンスの客席は照明でブルーに染めることで,客席を真っ暗にすること無く,なおかつ視覚的にステージを浮かび上がらせることに成功しています.良ければ「おすすめTEDトーク」で客席のシーンも見てみてくださいね.

というわけで,今週は空と夕焼けの色のお話でした.

おすすめ書籍

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最先端の物理学が,金融の世界を制している.輪廻転生は物理学では正しい.AIが人間を不死にする. 日本の宇宙論,物理学の第一人者が解き明かす,新しい世界の見方.最先端の物理学を誰でも分かるように解き明かします.量子論によって,我々の人生が変わる!文系でも物理学に興味のある人や,新しいものの見方を模索している人へ向けた新しい物理学の解釈.
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本書の第12講が「空はなぜ青いのか,夕焼けはなぜ赤いのか」です.大変短くまとめられているため,1講ずつ読んでいっても面白いと思います.

タイトルの「文系でもよくわかる」は「文系」を莫迦にしすぎな気もするので,読み終えたらAmazonレビューに書いておきます.

おすすめTEDトーク

TED
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ボー・ロットが行う色のゲームは視覚を混乱させますが,脳がどのように働くのかという普段は見えないことにも光を当てます.楽しみながら自分自身で視覚が持つさまざまな感覚を知ることで,進化がいかにして我々の知覚に色づけしているのかがはっきりします.
TED

色覚が思ったよりも複雑な現象ということを,ビジュアルを通して教えてくれるトークです.一気に見た方が良いので,お時間のあるときにどうぞ.

Q&A

匿名質問サイト「マシュマロ」および質問サイト「Quora」で質問を受け付けています.普段はツイッターでお返事を書いていますが「ニュースレター読んでます」と入れていただければ,こちらのニュースレターでより長めの回答を書かせていただきます.

今週はこちらのご質問から.

海外では使用禁止になっている,なっていっているにもかかわらず日本では普通に使用されているものは何ですか?何故禁止されないのでしょうか?

「七味唐辛子」です.正確に言うと,七味唐辛子の主な構成要素である唐辛子,山椒,麻の実,胡麻のうち,麻の実が日本以外の多くの国で禁止されています.輸出用に麻の実を含まない七味唐辛子を製造しているメーカーもあります.

七味唐辛子に加えられている麻の実は発芽しないように処理されていることから,日本国内では使用,所持とも禁止されていません.一方で国際条約「麻薬に関する単一条約」では工業用(繊維を使う)もしくは医療用以外の用途を禁じていることから,多くの国で麻の実の自由な売買が禁じられています.

同じく七味唐辛子に加えられることの多い芥子の種は日本を含む多くの国で認可されているので,海外でも麻の実入り七味唐辛子が解禁になればいいなあと思っています.

このレターの最後に匿名質問サイトへのリンクを貼っています.質問をお待ちしております.

一伍一什のはなし

先週は京都の霊山正法寺というお寺さんにお参りしてきました.

霊山正法寺から観る夕陽(筆者撮影)
霊山正法寺から観る夕陽(筆者撮影)

三十弦という,とても大きなお琴を演奏される朝倉彩さんがお住まいになっていた時宗のお寺さんで,僕たちは毎月,夕陽を観に集まっていました.そこではお琴の演奏を聴かせて頂いたり,講義をさせて頂いたり,ご住職とお酒を飲ませて頂いたりしました.

夕陽を見つめ,極楽浄土を想う「日想観(にっそうかん)」のような儀式から「宇宙お茶会」のようなユーモラスなイベントまで,本当に楽しい思いをさせて頂き,沢山のご縁も頂いた,人生の一部のようなお寺さんで,彩さんは姉のような存在でした.

僕がただいちど「グリーンフラッシュ」を見たのもこの正法寺さんでした.

そんな朝倉彩さんが亡くなって1年が経ちました.

僕たちが京都で TEDxKyoto を始めたとき,どうしても世界に発信したくて,朝倉彩さんに三十弦を演奏して頂きました.小柄な体からは想像もつかないようなパワフルな音楽で,会場で大好評だっただけでなく,世界的な評価も受けています.

一緒に見て頂ければ嬉しいです.

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では,また来週,お目にかかりましょう.

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ニュースレター「STEAM NEWS」

金谷一朗(いち)

TEDxSaikaiファウンダー・パイナップルコンピュータ代表・長崎大学情報データ科学部教授

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