「科学の大百科（レイリー・ライダー）」NICT情報通信研究機構　北極域国際共同研究グループ

★地球の声を聞く"観測装置

★身近なようで身近ではない地球環境問題

★これがレイリー・ライダーだ

★空の青さを解明する"レイリー散乱"

　光が散乱する。。。
　散乱する＝散り乱れるという言葉の通り、光の散乱とは、光が何かにぶつかったときに四方八方へ散らばることをいいます。

　光がぶつかる物質が多ければ多いほど散乱される量が増え、例えば上の図で濃い霧の状態、つまり空気中の水滴が多いほど、光は散乱されます。

光の散乱の主な種類
光の散乱には、光がぶつかる物質の大きさによって、いくつかの種類があります。

（１）レイリー散乱
大気分子のように光の波長と比べ、直径が非常に小さい物質に光がぶつかったときの散乱
（例：可視光の波長：0.4um～0.7um、大気分子の大きさは、可視光の波長の1/1000ほど）
（２）ミー散乱
空気中の塵（ちり）などのように、光の波長とほぼ同じ大きさの物質に光がぶつかったときの散乱（火山灰のエアロゾルなど）

（３）さらに大きい粒子による散乱
霧（きり）などのように、光の波長より大きい物質に光がぶつかったときの散乱

　昼間の空はなぜ青くみえるのだろう。。そして夕焼けはなぜ昼間と違う色なのだろう。。これは太陽光の散乱が原因です。。

【この図にはフラウンフォーファー線は書いてありません】

～　昼間の空が青く見える理由　～

昼間の空が青く見えるわけ

　太陽光には上の図のように虹に見られるような色が含まれています。
　（太陽の色は明るい黄色をしていますが、光の波長を分析するとこの図のようになります）

　さて、太陽光は地球大気を通過するときに大気の分子とぶつかり、四方八方へその光が散らばります。（レイリー散乱）そしてレイリー散乱のときは、青い色の光が最も散乱されやすいため、つまり、空のあちこちから散乱されてきた青い色の光が私達の目に多く入るために、 右の図のように昼間の空は青く見えるのです。

　夕焼け空も、同じように太陽光が散乱されて色づいています。では夕焼け空はなぜ青くないのでしょうか。
　理由は、太陽光が地球の大気を通過する距離と関係があります。

～　夕焼け空が、昼間と違う色に見える理由　～

　太陽光が大気を通過するときに、光が大気分子とぶつかってレイリー散乱します。そして散乱する度合いは、光の色によって異なります。
　青い光が最も散乱されやすいのですが、下の図のように、夕方になると太陽光は地平線方向からやってきます。つまり、太陽光が地球大気を通過する距離が昼間より長いことがわかります。
　通過する距離が長いと、最も散乱されやすい青い光が散乱されすぎて、太陽光線が私達のいる場所に届いた頃には、（青が無くなった）残りの色で構成された光が散乱されるので、空は赤っぽい色に見えます。（夕焼け空の色）昼間の空と夕方の空の色が違うわけ

※　実際の夕焼け空の色は、レイリー散乱だけではなく大気中の塵（ちり）などによるミー散乱も関係しています。

～　レイリー散乱を生かした大気観測手法　～

高度による散乱

　レイリー散乱は、光が大気中の分子とぶつかって起こる現象です。
　大気には、酸素や窒素などの空気分子のほか、水蒸気や塵（ちり）なども含まれています。しかし高度３５ｋｍ以上になると、水蒸気や塵（ちり）は少なくなり、それらが起こすミー散乱という現象は、それ以上の高度ではみられなくなります（右図参照）。
　一方レイリー散乱は、空気分子によって起こる現象であるため、高度３５ｋｍ以上でも起こります。
　つまり、高度３５ｋｍ以上のレイリー散乱を観測・調査することは、その高度の大気の状態を調査することにつながるのです。

★おまけ（レイリー散乱を応用して大気の状態を観測する”レイリー・ライダー”）