空の色はなぜ変わる？

晴れた日の空の色は青色ですね。
なぜ、青色に見えるのだろう。

ビニール袋を広げて、目の前の空気をつかまえても、空気は青くないよね。

人間が初めて月面を歩いた映像を、あなたは見たことがあるだろうか？
宇宙服を着た宇宙飛行士。
その背景に見える月の空は真っ暗です。
地球と月の大きな違い、それは「大気」の有無です。

そして、地球でも晴れていれば、夜は宇宙と同じように空が黒く見えるのに対して、昼間は青く見えます。
昼と夜の大きな違いは、「太陽の光」です。

つまり、「大気」と「太陽の光」があれば、空は青く見えるんだね。

雨上がりに見えたりする「虹」は七色です。
紫・藍・青・緑・黄・橙・赤。
これは太陽の光も七色から成り立っているといえます。

この七色の光には、それぞれ「波長」というものがあり、赤色系が長く、青色系が短い。光は大気の中を通過すると、空気分子にぶつかって反射します。この反射の仕方は、光の波長によって決まっていて、波長の短い青色系の光がよく散乱するのです。
たくさん散乱された青色の光が私たちの目に飛び込んでくるわけです。

ただし、大気中に小さなちりや水滴が多いと、太陽光がそれらに散乱して白く見える。その極端な例が白い雲です。だから、曇の日は空が白く見えるんだね。
湿度の高い春や夏の空は白っぽく、乾燥している秋や冬の空は澄んで真っ青になるのは、このためです。
また、高い山に登ったり、飛行機に乗ると、空がいっそう青く感じられたりするのは、小さなちりや水滴が地面付近に多くあり、上空では次第にすくなくなるからなんです。

太陽の光が斜めから差すと赤っぽい空になりますね。
つまり、日の入り寸前の「夕焼け」や日の出直後の「朝焼け」のことです。

これは、光が地球の大気を長く通ることが原因で起きます。

上で説明したように、太陽の光はプリズムで分けると７色になりますが、青色系の光は波長が短く、赤色系の光は波長が長くなります。

太陽の光が真上から差すと、波長の短い青色系の光がたくさん散乱し、空が青く見えますが、太陽が斜めから差すと、大気中を通る距離が長くなるため、波長の短い色から空気中に散乱していきます。
赤色系の光は波長が長く、散乱が少ないため、長い距離を通ってくる間に、赤色系の色が残るのです。

「夕焼けすると次の日は晴れ」ということわざがありますね。
夕焼けは太陽の光が斜めから差すことで起きる現象なので、西の空が晴れていないとできないとも言えます。
天気は西から変わることが多いというので、このことわざが出来たのだ。