夕焼けはなぜ赤いのか

昼間の日光は白や黄色なのに、太陽が沈むときは空が赤く染まる。

太陽自体は変わらないのに、なぜ色が変わるのか。

海でも山でも街でも、夕方になれば同じことが起こる。

日没ごろは太陽そのものが赤くなるのではないか。

温度が下がって色が変わるかのように。

太陽光の色は変わらない。変わるのは、その光が大気を通る距離だ。

太陽光は赤から紫まですべての波長が混ざった白色光である。地球の大気を通るとき、空気分子は波長が短い光ほど強く散乱させる。この現象を[レイリー散乱] (Rayleigh scattering)という。

短い波長(青) = 散乱が強い。長い波長(赤) = 散乱が弱い。

昼間は太陽が頭上に近く、光は大気を短く通る。短い距離で青が散乱して空全体に広がる。昼の空が青く見える理由だ。

日没のとき、太陽は地平線付近にある。光が大気を斜めに通るため、通過距離がはるかに長くなる (昼の数十倍)。その長い経路で青はほとんど散乱して消える。残るのは散乱が弱い赤やオレンジだけ。その色のみが私たちの目に届く。

太陽はそのままだが、届く光の色がふるい分けられた結果が夕焼けだ。

左は太陽の角度ごとの光線経路だ。太陽高度スライダーを下げると、正午(頭上・短い経路) → 午後 → 日没(地平線付近・数十倍長い経路)へ変わる。経路トグルで光が大気を通る距離を強調できる。

右は波長ごとの散乱強度だ。赤~紫のスペクトルで波長が短いほど散乱が強く、経路が長くなるほど青から順に散って赤だけが残る。惑星トグルで地球(昼青・日没赤)と火星(昼ピンク・日没青・正反対)を比較する。

太陽高度スライダーで正午(短い経路・青い空)から日没(数十倍長い経路・赤い空)まで変え、波長トグルで短い波長から散乱することを、惑星トグルで地球と火星(正反対の色)を比較する。

微小粒子粒子が多い日はさらに多くの波長を散乱させ、夕焼けがより濃く赤くなる。

火災の煙同じ原理で夕焼けがいっそう赤くなる。

火星の夕焼け地球と正反対。火星の大気の塵粒子は赤を散乱させ青を通す。だから火星の空は昼に淡いピンク、日没には青い。

毎日見るありふれた夕焼けが、実は光が大気を数十倍長く旅した結果なのだ。