なぜ空は青く、夕焼けは赤い？ 答えは泡石鹸とペットボトルで解き明かせる！
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
「夕焼けはなぜ赤いの？」
これはちょうど駅から見えた空の様子です。
電車のマド越しにとったのですが、ホームから撮ったらこんな感じです。とても綺麗な夕日の様子が観察できました。
なぜ夕日は赤いのか。理科の教員なら、（そして、おそらくお父さんお母さんも）一度は子どもに聞かれたことがある質問ではないでしょうか。そんなとき、言葉や図を使って「光の散乱（さんらん）」について説明をするのもよいのですが、やはり実際に見せてしまうのが手っ取り早いですよね。何より、生徒（子ども）たちにとっては、理屈よりも「わぁっ！」と感動する体験こそが、強い記憶となって残ると思うのです。
これまで、傘袋（かさぶくろ）を使った散乱の実験を科学のネタ帳でも紹介してきました。
しかし、この方法だと「夕日の赤い空」は見えやすいのですが、「昼の青空」を同時に見せるのは、少しむずかしいところがありました。どうしても「赤」に目がいってしまって、「青」がよくわからないんですね。「どうにかして、あの感動的な青と赤のコントラストを、同時に見せられないか…」そう思って、ああでもない、こうでもない、と いろいろ理科室で実験をしていたところ、
一気にどちらもうまく見せる方法について、たまたま発見をしました！ ペットボトルと「あるもの」を使うだけで、驚くほど美しい「空」が作れます。みなさんにご紹介したいと思います！
科学のレシピ
用意するもの：
ペットボトル（1.5L)、泡ハンドソープ（キレイキレイ）、大きめのLED懐中電灯（ペットボトルのおしりが載るようなサイズ）
アマゾン：懐中電灯
ワックスや石鹸などいろいろ試したのですが、泡ハンドソープが作る微細な粒子のサイズが、どうやら光の散乱にベストマッチのようで、個人的には一番だと思っています。
手順
①ペットボトルに水を入れて、キレイキレイ（原液）を1～2プッシュほどいれてよく振ります。うっすら全体が白っぽくなるくらいがベスト。入れ過ぎに注意！
②LED懐中電灯の上にペットボトルを置きます。
③部屋を暗くして、LEDをつけます。
④ペットボトルの向きを横においてみる。
結果
まず、ペットボトルを「立てて」置いてみます。光源に近い下のほうは、水溶液がぼんやりと青白く光って見えます。
そして、光源から遠い「上」にいくほど、
黄色から赤っぽく見えます。
真上から見るとわかりやすい。これが「夕焼け」の色ですね。
このように青から赤まで見えるのですが、肝心の「青空」がまだぼんやりしていて、いまいち差がわかりにくいですよね。そこで、ペットボトルを横にしてみました。すると…！こんなに綺麗に見えるんです。
近寄ってみると・・・。
驚きました！側面から見た「青」が、くっきりと空の色に見えますよね！ そして光源の向こう側は、見事に「赤」に染まっています。
なぜペットボトルで「空」を再現できるのか？
この実験は、壮大な地球の空で起こっていることを、小さなペットボトルの中で再現しています。主役は、LEDの「光」と、石鹸の「微粒子」です。
- キレイキレイの役割
水に溶けた石鹸の微粒子は、地球の「大気（空気の層）」にあるチリや分子の代わりをします。 - 「青空」の正体（散乱光）
太陽光（LEDの光）が地球の大気にぶつかると、光は四方八方に散らばされます。これを「散乱」といいます。このとき、波長の短い「青い光」は、波長の長い「赤い光」よりも激しく散乱される性質（レイリー散乱）があります。ペットボトルの「側面」から青く見えたのは、散乱した青い光が私たちの目に届いたから。これこそが、昼の空が青い理由です。 - 「夕焼け」の正体（透過光）
では、なぜ夕焼けは赤いのでしょう？夕方、太陽は地平線に沈みかけます。すると、太陽光は昼間よりもずっと「長い距離」の大気（空気の層）を通ってこなければなりません。長い旅の途中で、散乱しやすい「青い光」はあちこちに散らばってしまい、私たちの目に届きにくくなります。その結果、散乱しにくく、まっすぐ進む力の強い「赤い光」だけが、大気を突き抜けて私たちの目に届くのです。実験で、光源（LED）の真上や、ペットボトルを横にしたときの向こう側が赤く見えたのは、水溶液という「大気」を長く通過してきた「赤い透過光」を見ていた、というわけです。
ペットボトルを「立てる」と、下（昼）から上（夕方）への色の変化が、「横にする」と、「昼の青空（側面）」と「夕焼けの赤（透過光）」の対比が、劇的にわかりやすくなります。まさか、ペットボトルという硬い素材で見せたことが、こんなにも美しいコントラストを生み出すとは、うれしい副産物でした。これなら生徒の班に１つずつ用意をしても、 LED懐中電灯だけなので、数千円で済みそうです。
ご家庭でも簡単に試せる「手のひらサイズの地球」です。ぜひやってみてくださいね！！
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