夜明けと夕暮れを明るくする現象

夜明けと夕暮れを明るくする現象

地球の影（青）と金星帯（オーキッド色）が、モニュメントバレーのレフト＆ライトミッテンビュートの後ろに見える。クリック こちら で大きな画像を表示。写真提供：Jeff Mitton。

Jeff Mitton 著

私たちは回転するコマの上に座っています。なぜなら、地球は毎日その軸を中心に回転しており、太陽は東から昇り、空を横切り、西に沈むように見えるからです。しかし実際には、太陽は比較的静止しており、私たちの空の見え方が1分あたり0.25度ずつ変化しているのです。

太陽の昇り沈みは、時に平凡で日常的な出来事のように思えるかもしれません。しかし、私たちが時間をかけて観察し、感謝する時、日の出と日の入りは光と大気の魅惑的で楽しい相互作用であり、回転する惑星上の私たちの場所を日々思い出させてくれます。

太陽から発せられる光は、宇宙空間をほとんど歪むことなく通過しますが、大気に入ると空気によって選択的にろ過されます。私たちの回転する惑星上の固定された位置からのろ過の程度は、空における太陽の位置の直接的な関数です。

立ち昇る青い帯は、もはや太陽に照らされていない大気の部分です。それは文字通り地球の影であり、夜が満ちるまで空に広がり続け、その時私たちは地球の影を通して空を眺めることになります。太陽が最も高い位置にあるとき、太陽光は大地に到達するのに最も短い経路をたどります。しかし、日の出や日の入り時には、太陽光は同じ点に到達するために大気をはるかに長い経路でたどります。これは、地球の直径と比較して大気の深さが薄い皮膚であるためです。

大気の大部分は地表から10マイル以内にありますが、私たちが地平線から太陽が昇るのを見ると、その地平線は50から100マイル先にあるかもしれません。太陽が地平線にあるとき、それは正午の40倍の空気を貫通するため、したがって夜明けの光はより柔らかく、異なる特性を持っています。

太陽からの可視光は、波長が400から700ナノメートルの電磁放射です。短い方から長い方へ、波長は紫、藍、青、緑、黄、オレンジ、赤として知覚されますが、これらの混合全体は太陽光または白色光として知覚されます。

私が7歳のとき、私の母方の祖父であり、私の検眼医でもあった人が、ガラスの三角形を使って太陽光を屈折または差別的に曲げて、その構成色を明らかにする方法を見せてくれました。

私たちの大気は光を散乱させ、長波長よりも短波長をより多くろ過します。その結果、私たちは日の出や日の入り時に、光が大気を最も長い経路で通過するときに、長波長である赤、オレンジ、黄をより多く見ることになります。

西の地平線に太陽が沈んだ直後、東の地平線に深い青色の線が現れ、数分後にはその青い帯が空高く昇っていきます。立ち昇る青い帯は、もはや太陽に照らされていない大気の部分です。それは文字通り地球の影であり、夜が満ちるまで空に広がり続け、その時私たちは地球の影を通して空を眺めることになります。日の出直前には、地球の影は西の地平線まで縮小します。

空気が澄んでいて雲が空を覆っていない場合、地球の影の上にオーキッド色からラベンダー色の帯が見えます。この色の帯の一般的な名前は金星帯です。おそらく、惑星金星が日の出前や日の入り後に地平線近くで明るく輝いて見えることが多いためでしょう。

金星帯は地球の影のすぐ上にあり、太陽光が大気を最も長い経路で通過する空の部分です。赤い光は、大気上層の微細な塵によって後方散乱され、オーキッド色からラベンダー色は、後方散乱された赤い光と、その中を通して見える青空の複合色です。

アルペン・グローは、雪をかぶった山々に最も顕著に見られるバラ色の輝きです。この輝きは、大気下層の雪、水、または氷の粒子によって後方散乱された光の間接的な照明であり、日の出直前または日の入り後の太陽から離れた地平線に見られます。

Jeff Mitton, mitton@colorado.edu, は、コロラド大学生態・進化生物学科の教授です。このコラムは元々 Boulder Camera に掲載されました。

2016年3月25日