理科の考察(赤い月)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
先月末には皆既月食がありましたね!
私の教室ではしばし机を離れて、幻想的な赤い月を観察しました。 

今日のテーマは特別編でこれです。
○…なんで月見えてるんでしょ?
皆既月食では月は地球の影に入り込むんですよね?
宇宙空間の真っ暗闇の中の月が、なぜ赤黒い色で見えてるんでしょう?

・屈折
この理由の半分は、中学校で習う凸レンズの特性の応用で説明できます
地球の周りには大気があります。球の形の空気の塊ですね。
また、大気(空気)にも真空と比べるとわずかに屈折率があります。
このため、大気は凸レンズのようなはたらきをします。
太陽からほぼ垂直に地球に来た光は、地球の影のほうへ曲がるわけです。
地球の影もまっ暗闇ではないんですね。

・散乱
でも、これでは赤くなる理由がわかりません。
これには「光の散乱」という現象が絡んでいて、細かいところは多分高校で習います。
※発展的な内容なので扱わない事もあり得ます。
小難しいところですが、高校数学ノータッチでイケるので、説明しますね。

まず予備知識として、太陽光(白色光)は、色々な波長の光が混ざっています。
また、光の波長の違いは、我々の目には色の違いとしてうつります。
最後に、光は何かに当たれば反射し、その向きを変えます。

さて、太陽光が大気を通過する際、含まれる光それぞれの波長の違いが問題になります。
光を人に例えると、波長の違いは、歩幅の違いとしてイメージしていいです。

青い光は波長の短い光です。
ちょこまかしてるので、空気中の細かな分子に当たってしまい、中々まっすぐ進めません。
そのため、皆が大気を通り抜けて地球の反対側に行く頃には、青い光は大体別のところ行ってしまってます。
※どこに行ったかって?地上(にいる我々の目)の方に来ています。おかげで空は青く見えます。

赤い光は波長の長い光です。
波長が長いため、空気中の分子などと言う細かいモノはどんどん跨(また)いでしまいます。
そのため、大気を通り抜けて地球の反対側に行く長い旅でも、赤い光はほぼ脱落者なくやりきります。
※夕焼けが赤いのは、他の色の光が次々脱落する中、赤い光は来るからと言えます。

なお、赤と青の間の他の色は、この間の性質となります。
すごく平たく言えば、大気をストレートに通過できるのは赤っぽい光のみということです。

さくっとまとめましょうか。
皆既食中の月は、太陽の光が直接には届かない場所にあります。
しかしそこは、地球の大気によって曲げられた赤い光が幽かに照らしているわけです。
赤い光で照らされた月は、当然赤く見えるわけですね。

この光の散乱で、海の青や低い位置の月の赤、変わりどころでグリーンフラッシュなども説明出来ます。
光の分散に反射屈折も加えれば、蜃気楼や虹、幻日など、多くの気象現象が説明できます。
気象現象は地学の範囲と思いきや、意外と物理現象として考察しきれるものも多いんですね。
興味がある方は物理勉強してみましょ!(そのためには数学の用意も忘れずに頼みます!)
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