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空が青く見えるのは、太陽の光が大気中の分子によって散乱される現象が原因です。太陽からの白い光には、赤から紫まで様々な色の光が含まれています。この光が地球の大気に入ると、空気中の小さな分子によって散乱されます。
太陽の光は一見白く見えますが、実際には赤から紫まで様々な色の光が混ざり合ってできています。プリズムを使って太陽光を分解すると、虹のような美しいスペクトラムを見ることができます。それぞれの色は異なる波長を持っており、赤い光は約700ナノメートル、青い光は約450ナノメートルの波長です。
大気中の窒素や酸素などの小さな分子が光を散乱させる現象をレイリー散乱といいます。この散乱の強さは光の波長の4乗に反比例します。つまり、波長が短い光ほど強く散乱されるのです。青い光の波長は赤い光より短いため、約5倍も強く散乱されます。これが空が青く見える主な理由です。
太陽の位置によって空の色は大きく変化します。昼間、太陽が頭上にあるとき、光は大気を短い距離で通過するため、青い光が強く散乱されて空は青く見えます。しかし夕方になると、太陽の光は大気をより長い距離通過しなければなりません。この長い道のりで青い光は散乱され尽くし、波長の長い赤い光が私たちの目に届くため、夕焼けは赤く見えるのです。
まとめると、空が青く見える理由は次の通りです。太陽の光には赤から紫まで様々な色の光が含まれています。この光が地球の大気に入ると、空気中の小さな分子によってレイリー散乱が起こります。青い光は波長が短いため、赤い光よりもはるかに強く散乱されます。そして、この散乱された青い光が私たちの目に届くため、空は美しい青色に見えるのです。この自然現象は、物理学の基本原理によって完全に説明することができる素晴らしい例なのです。