散乱 類語。 「散見」の意味と使い方、類語、対義語、英語表現

なぜ、空と海は青いのか!青色の理由は青い光にあった!原理はプランクトン?空?レイリー散乱って?太陽?~わかりやすく説明~

散乱 類語

自然界における様々な発色現象の内、今回は「光の散乱」を原理とするものを採り挙げてみましょう。 晴れた日の昼間は気持ちの良い青空が広がり、所々に白い雲が浮かんだりしています。 また、日没が近づくと、西の空は真っ赤な夕焼けに染まります。 私たちが当たり前に経験してきたことなのですが、なぜこのような色に見えるのでしょうか。 これらの色は、全く異なる色に見えるのですが、その原因は、いずれも「 光の散乱」という物理現象によるものなのです。 同じ原因なのに、条件の違いによって真っ青に見えたり真っ赤に見えたりするのです。 無味乾燥とも思われる物理現象の結果が、こんなにも異なった結果をもたらし、人の情感に強く訴えかける力を持つことに、大自然のいたずらを越えた壮大なロマンを感じずにはいられません。 その「散乱現象」とはどのような現象なのか、また、「条件の違い」とはどんな違いなのでしょうか? 光の散乱現象 光は均質な媒質中では基本的に直進する性質を持っていますが、媒質が均一でない場合は進行方向が変化することがあります。 一般に、光の行く手に存在する微粒子等によって光の進行方向が不規則に変化する現象を「 光の散乱」と呼んでいます。 光には、波動性と粒子性の二面性があることは既に本連載ので触れましたが、「散乱」という現象は、光を粒子性と波動性を併せ持った「波連 wave train 」(参照)のイメージで考えると理解し易いかと思います。 光子(こうし)すなわち波連は、電磁波としてのエネルギーの塊(粒子性)が振動(波動性)しながら飛来してくるものです。 光の進路に微粒子が存在すると、波連の振動する電場・磁場と、その微粒子を構成する分子や原子の電場・磁場との間に相互作用が起こり、波連と微粒子との間に反発・吸引力が働き、その結果、波連の進行方向が様々に変化します。 これが「散乱」です。 太陽光が大気層に突入してくると、大気中の空気分子や様々な微粒子群によって散乱を受けます。 大気中の微粒子群の内、太陽光の波長よりもずっと小さい微粒子では、波長の4乗に逆比例する レイリー散乱が起こり、短い波長ほど多く散乱されます。 散乱された光はその周辺の微粒子により更にまた何度も散乱が繰り返され(多重散乱)、空一杯に散乱光が広がっていきます。 波長の長い光は散乱を受けにくいため、大気中への散乱による広がりは短波長光よりずっと少なくなります。 晴天真昼の場合、太陽光が通過する大気層中の距離が短いため、可視域の長波長光成分(赤~橙色に見える)の散乱量は少なく、専ら可視域の短波長光成分(紫~青色に見える)が散乱して空一杯に広がるため、空全体が青く染まって見えることになります。 一方、夕方や明け方の場合は、太陽光が通過する大気層中の距離が真昼より格段に長くなるため、短波長光成分は真昼よりも更に散乱され続け、地表に到達した時(観察者の眼に入る時)には、短波長成分は残り僅かの状態になってしまいます。 それに対して、散乱されにくい長波長光成分は、それでも長い距離を通過するにつれて、或る程度の量が散乱され、太陽光の進路の周辺に広がりますが、空全体に広がるまでには至りません。 結局、太陽から直接人間の目に到達する光は、短波長成分が非常に少なく、長波長成分は一部散乱されつつもまだかなりの量が残っている状態になっていることになり、太陽自体は真っ赤に見え、また、太陽方向の周辺の空に散乱された長波長光成分が広がり、赤く染まって見えることになります。 このように、日中晴天が青く見えるのも夕焼けが赤く見えることも、原因は全く同じレイリー散乱という現象なのです。 ただ、その散乱現象を観察する条件が、真昼と夕方(明け方)とで異なるだけで、あれほど鮮やかな色の違いとして現れる訳で、自然の演出には改めて驚かされます。 太陽光の進路と地球を取り巻く大気層の関係 大気中には、様々な大きさの粒子が浮遊していますが、その中で比較的大きな粒子は水滴です。 雲の正体は大気中に浮かんだ水滴群であることはよく知られています。 この水滴群がなぜ白く(無彩色に)見えるのでしょうか? これも、散乱の理論で説明されます。 雲を形成する水滴は、太陽からの光(可視光)の波長に比べて同程度ないしはそれより大きい粒子になっています。 従って、このような水滴に光が当たると、ミー 散乱が起こります。 ミー散乱では、可視光のどの波長も同じように散乱されますので、観察者の眼に入ってくる雲からの散乱光は、どの波長の光もほぼ均等に入ってくることになり、その結果、無彩色に見えることになります。 雲にも色々種類がありますが、例えば入道雲は真っ白く見えるのに、雨雲は暗い灰色に見えます。 いずれも無彩色ですが、なぜ、このように違って見えるのでしょうか? 雨雲の場合は、観察者の頭上に厚い雲があり、その向こうに太陽がある、という位置関係になります。 太陽からの光は雲の水滴群でミー散乱を受けますが、観察者方向に散乱された光は、その行く手にまだまだ厚い水滴群の層があるため、多重散乱および吸収を受け、雲の水滴群層を突き抜けて観察者の眼に到達する光は非常に少なくなってしまい、その結果、非常に暗く見える(黒く見える)ことになります。 一方、入道雲が見えるのは、観察者が入道雲に正対していて、太陽が観察者の背後あるいはそれに近い方向(少なくとも横方向)から雲を照らしている状態です。 太陽の光が水滴群でミー散乱を受けますが、観察者方向に散乱された光は、多重散乱や吸収をあまり受けずに、観察者の眼に飛び込んできます。 つまり、太陽光は雲の水滴群によってあまり減衰せずに観察者の眼に到達しますので、明るく見える(白く見える)訳です。 巨視的に表現すれば、雨雲の場合は、雲の透過散乱光を見ており、入道雲の場合は、雲の反射散乱光を見ていることになります。 従って、入道雲であってもその真下に観察者が居る場合には真っ白には見えず、暗い雨雲として見えることになりますし、また、雨雲の上を飛ぶ飛行機からは、雨雲であっても真っ白に見えます。 これらの用語の定義の違いは JIS においても明確にされておらず( JIS Z 8120:2001 光学用語 01. 47)、世の中ではかなり重複した概念で使用されているようですが、実際の使用のされ方としては、大雑把には以下のような使い分けの傾向があるように思われます。 「散乱」は、障害物を構成する分子・原子あるいはそれに準じた微粒子と光との相互作用にまで着目した微視的考察を背景にした場合に多く使用されるようです(レイリー散乱、ミー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、等々)。 それに対して、「拡散」は、そのような微粒子レベルにまでは踏み込まずに、光の進行方向の変化を障害物による屈折・回折・散乱などの諸現象の結果としての様々な方向への反射・透過と捉えた巨視的考察を背景にした場合に多く使用されるようです(拡散反射、拡散透過、拡散照明、等々)。 光と微粒子の相互作用の過程で、エネルギーのやり取りが発生しない場合を「弾性散乱」と呼び、散乱された光の波長は変化しません(レイリー散乱、ミー散乱等)。 真夏の日中は木陰にいても日焼けするのは散乱された紫外放射の影響が大きいと考えられています。

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レイリー散乱とミー散乱の違い

散乱 類語

光の散乱 光の進路に障害物があると、波長の短い光( 紫波)は反射しますが波長の長い光( 赤波)は通り抜けてしまいます。 中くらいの波長の光( 青波)はいろいろな方向に反射します。 これを 光の散乱といいます。 (実際にはこんな単純ではありません。 詳しくは「レイリー散乱」で検索してみてください。 ) 太陽光は波長の長い光や波長の短い光を含んでいます。 波長の比較的長い赤や橙(だいだい)の光は大気の中を真っ直ぐ進みます。 波長の比較的短い青や紫の光は大気中の窒素や酸素分子により散乱します。 ハワイでの夕方は日本ではお昼に当たりますが、ハワイで夕日を見ている人には赤の光が多く届き、日本の人には青の光が多く届きます。 ハワイに向かう太陽光にとっては大気が厚く、日本に向かう太陽光にとっては大気が薄いからです。 朝夕の空が赤く見え、昼間の空が青く見えるのはこのような原理です。 光の分散 光の分散 赤なら赤、青なら青といった1つの色しかない(1つのしかない)光を 単色光といいます。 それに対して、様々な波長の光を含んだ光を 白色光といいます。 人間の目に白く映るからです 逆にいいますと、様々な波長を含んでいないと人間は「白」と感じません。 この様々な波長を含んだ白色光を、ガラスでできた三角形の角柱( プリズム)に通すと屈折によって様々な色に分離されます。 波長の比較的長い赤はあまり曲げられず、波長の比較的短い青は大きく曲げられます。 これを 光の分散といいます。 「分散」に似た言葉に「分光」という言葉があります。 正確なことはわかりませんが、「分光」は動詞的に使って「分散」は名詞的に使うような気がします。 「白色光はプリズムで分光することができる。 このことを光の分散という。 」といった使い方をすると思います。 高校物理では「分散」という言葉だけを使います。 色の種類はきっちり7つに分けられるわけではありませんが、以下の順番は一応覚えておいた方がいいです。 一般的な物質中では波長が短いほど光速が遅い 真空中での光速はが決まっていますが、物質に侵入した光は波長によって光速の値が違ってきます。 可視光線が物質に侵入すると、一般に、波長が短い(振動数が大きい)光の方が光速が遅くなります。 その理由は難しくて説明できません。 ガラスなどを構成する原子では、赤色波より紫色波の方がガラス構成原子の固有振動数に近く、波を吸収してから再放出するまでに時間が掛かる、というような話です。 大学に行って学んでください。 光速が遅いということは絶対屈折率が大きいということであり、波長によって速さが違うということは波長によって絶対屈折率が違う、ということになるのですが、の項で紹介した表ではその数値を確定的に列挙していますが、これは厳密には、波長が 589. 3 nm の光が各媒質の中を進むときの値のことです。 589. 3 nm より小さい波長の光においては(光速が遅くなるので)列挙された数値よりちょっと大きくなります。 ホイヘンスの原理による説明 白色光には、赤や緑や紫など様々な波長の光が含まれていて、プリズムに入射すると波長によって速さに違いが出て、速さに違いがあるということは屈折率が違うということであり、つまり、波長によって曲がり方が違うということで、そのことによって光の分散が起こるわけです。 このことをホイヘンスの原理を使って説明してみます。 左図は『』項で示した図です。 その項では異なる媒質をまたぐときに屈折が起こることを説明しましたが、 いま説明したいのは、波長の違い(色の違い)によって曲がる角度が違うということです。 、 r の大きさが異なります。 媒質1が空気であれば、赤色波も青色波も紫色波も同じ速さで進んでいきますが、媒質2がガラスだったりすると、(屈折すると同時に)、赤色波と青色波と紫色波では速さが違うので屈折角も異なる、ということです。 これが光の分散です。 スペクトル 右図のように 赤 橙 黄 緑 青 藍 紫と波長の順に並んだ色の帯を スペクトルといいます。 様々な色が連続しているスペクトルを 連続スペクトルといいます。 白熱電球の光 最近は白熱電球が売られなくなってきたので、若い方はこれを知らないかもしれません。 「はだか電球」といわれてたやつです。 触るとヤケドするくらい熱いです。 蛍光灯の光は連続スペクトルではなく線スペクトルです。 人工的な雰囲気の灯りです。 初期の頃のLED照明は線スペクトルでしたが、最近のは連続スペクトルです。 自然な雰囲気の灯りです。 や太陽光によって得られるスペクトルで、主に高温の固体から出されます。 一方、水素やナトリウムから出る光のスペクトルは細い線状になっていて 線スペクトルまたは 輝線スペクトルといいます。 これは原子から発せられるものなので 原子スペクトルともいいます。 また太陽光のスペクトルにはところどころに暗線(吸収線ともいう)が入っていて、 フラウンホーファー線といいます 18世紀のドイツの物理学者ヨゼフ・フォン・フラウンホーファーが発見しました。 これは太陽光が太陽のまわりの元素や地球の大気の酸素などによって特定の波長の光が吸収されてしまうためで、 吸収スペクトルといいます。 太陽光のスペクトルは連続スペクトルであり、吸収スペクトルでもあります。 この吸収スペクトルを調べることによって太陽のまわりにどのような元素があるのかがわかります。 sakura.

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レイリー散乱

散乱 類語

自然界における様々な発色現象の内、今回は「光の散乱」を原理とするものを採り挙げてみましょう。 晴れた日の昼間は気持ちの良い青空が広がり、所々に白い雲が浮かんだりしています。 また、日没が近づくと、西の空は真っ赤な夕焼けに染まります。 私たちが当たり前に経験してきたことなのですが、なぜこのような色に見えるのでしょうか。 これらの色は、全く異なる色に見えるのですが、その原因は、いずれも「 光の散乱」という物理現象によるものなのです。 同じ原因なのに、条件の違いによって真っ青に見えたり真っ赤に見えたりするのです。 無味乾燥とも思われる物理現象の結果が、こんなにも異なった結果をもたらし、人の情感に強く訴えかける力を持つことに、大自然のいたずらを越えた壮大なロマンを感じずにはいられません。 その「散乱現象」とはどのような現象なのか、また、「条件の違い」とはどんな違いなのでしょうか? 光の散乱現象 光は均質な媒質中では基本的に直進する性質を持っていますが、媒質が均一でない場合は進行方向が変化することがあります。 一般に、光の行く手に存在する微粒子等によって光の進行方向が不規則に変化する現象を「 光の散乱」と呼んでいます。 光には、波動性と粒子性の二面性があることは既に本連載ので触れましたが、「散乱」という現象は、光を粒子性と波動性を併せ持った「波連 wave train 」(参照)のイメージで考えると理解し易いかと思います。 光子(こうし)すなわち波連は、電磁波としてのエネルギーの塊(粒子性)が振動(波動性)しながら飛来してくるものです。 光の進路に微粒子が存在すると、波連の振動する電場・磁場と、その微粒子を構成する分子や原子の電場・磁場との間に相互作用が起こり、波連と微粒子との間に反発・吸引力が働き、その結果、波連の進行方向が様々に変化します。 これが「散乱」です。 太陽光が大気層に突入してくると、大気中の空気分子や様々な微粒子群によって散乱を受けます。 大気中の微粒子群の内、太陽光の波長よりもずっと小さい微粒子では、波長の4乗に逆比例する レイリー散乱が起こり、短い波長ほど多く散乱されます。 散乱された光はその周辺の微粒子により更にまた何度も散乱が繰り返され(多重散乱)、空一杯に散乱光が広がっていきます。 波長の長い光は散乱を受けにくいため、大気中への散乱による広がりは短波長光よりずっと少なくなります。 晴天真昼の場合、太陽光が通過する大気層中の距離が短いため、可視域の長波長光成分(赤~橙色に見える)の散乱量は少なく、専ら可視域の短波長光成分(紫~青色に見える)が散乱して空一杯に広がるため、空全体が青く染まって見えることになります。 一方、夕方や明け方の場合は、太陽光が通過する大気層中の距離が真昼より格段に長くなるため、短波長光成分は真昼よりも更に散乱され続け、地表に到達した時(観察者の眼に入る時)には、短波長成分は残り僅かの状態になってしまいます。 それに対して、散乱されにくい長波長光成分は、それでも長い距離を通過するにつれて、或る程度の量が散乱され、太陽光の進路の周辺に広がりますが、空全体に広がるまでには至りません。 結局、太陽から直接人間の目に到達する光は、短波長成分が非常に少なく、長波長成分は一部散乱されつつもまだかなりの量が残っている状態になっていることになり、太陽自体は真っ赤に見え、また、太陽方向の周辺の空に散乱された長波長光成分が広がり、赤く染まって見えることになります。 このように、日中晴天が青く見えるのも夕焼けが赤く見えることも、原因は全く同じレイリー散乱という現象なのです。 ただ、その散乱現象を観察する条件が、真昼と夕方(明け方)とで異なるだけで、あれほど鮮やかな色の違いとして現れる訳で、自然の演出には改めて驚かされます。 太陽光の進路と地球を取り巻く大気層の関係 大気中には、様々な大きさの粒子が浮遊していますが、その中で比較的大きな粒子は水滴です。 雲の正体は大気中に浮かんだ水滴群であることはよく知られています。 この水滴群がなぜ白く(無彩色に)見えるのでしょうか? これも、散乱の理論で説明されます。 雲を形成する水滴は、太陽からの光(可視光)の波長に比べて同程度ないしはそれより大きい粒子になっています。 従って、このような水滴に光が当たると、ミー 散乱が起こります。 ミー散乱では、可視光のどの波長も同じように散乱されますので、観察者の眼に入ってくる雲からの散乱光は、どの波長の光もほぼ均等に入ってくることになり、その結果、無彩色に見えることになります。 雲にも色々種類がありますが、例えば入道雲は真っ白く見えるのに、雨雲は暗い灰色に見えます。 いずれも無彩色ですが、なぜ、このように違って見えるのでしょうか? 雨雲の場合は、観察者の頭上に厚い雲があり、その向こうに太陽がある、という位置関係になります。 太陽からの光は雲の水滴群でミー散乱を受けますが、観察者方向に散乱された光は、その行く手にまだまだ厚い水滴群の層があるため、多重散乱および吸収を受け、雲の水滴群層を突き抜けて観察者の眼に到達する光は非常に少なくなってしまい、その結果、非常に暗く見える(黒く見える)ことになります。 一方、入道雲が見えるのは、観察者が入道雲に正対していて、太陽が観察者の背後あるいはそれに近い方向(少なくとも横方向)から雲を照らしている状態です。 太陽の光が水滴群でミー散乱を受けますが、観察者方向に散乱された光は、多重散乱や吸収をあまり受けずに、観察者の眼に飛び込んできます。 つまり、太陽光は雲の水滴群によってあまり減衰せずに観察者の眼に到達しますので、明るく見える(白く見える)訳です。 巨視的に表現すれば、雨雲の場合は、雲の透過散乱光を見ており、入道雲の場合は、雲の反射散乱光を見ていることになります。 従って、入道雲であってもその真下に観察者が居る場合には真っ白には見えず、暗い雨雲として見えることになりますし、また、雨雲の上を飛ぶ飛行機からは、雨雲であっても真っ白に見えます。 これらの用語の定義の違いは JIS においても明確にされておらず( JIS Z 8120:2001 光学用語 01. 47)、世の中ではかなり重複した概念で使用されているようですが、実際の使用のされ方としては、大雑把には以下のような使い分けの傾向があるように思われます。 「散乱」は、障害物を構成する分子・原子あるいはそれに準じた微粒子と光との相互作用にまで着目した微視的考察を背景にした場合に多く使用されるようです(レイリー散乱、ミー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、等々)。 それに対して、「拡散」は、そのような微粒子レベルにまでは踏み込まずに、光の進行方向の変化を障害物による屈折・回折・散乱などの諸現象の結果としての様々な方向への反射・透過と捉えた巨視的考察を背景にした場合に多く使用されるようです(拡散反射、拡散透過、拡散照明、等々)。 光と微粒子の相互作用の過程で、エネルギーのやり取りが発生しない場合を「弾性散乱」と呼び、散乱された光の波長は変化しません(レイリー散乱、ミー散乱等)。 真夏の日中は木陰にいても日焼けするのは散乱された紫外放射の影響が大きいと考えられています。

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