DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

光を放つ物体と放たない物体では色の見え方が大きく違う

 今回は色の見え方について書いて行きたいと思う。

目次

1. 可視光

1.1 電磁波

 色について書く前に可視光と電磁波について書いて行きたいと思う。可視光とは目で見ることができる電磁波のことであり、電磁波とは秒速30万キロ弱、つまり高速で移動する並のことである。電磁波には可視光以外にも赤外線, 紫外線, X線等があり、可視光は赤外線よりも波長が短く、紫外線よりも波長が長い電磁波である。

 電磁波の波長の長さは以下の様になっており、波長はエネルギーに反比例するため、波長が短いほど高エネルギーとなる。

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波長が最も短い、つまりエネルギー量が一番大きい電磁波はガンマ線である。ガンマ線は原子核が崩壊する、または超新星爆発が起こった時に発生する非常に高エネルギーの電磁波であり、多量のガンマ線を浴びると非常に危険である。

 そして、反対に最もエネルギー量が小さい電磁波は極超波であり、エネルギーの小さな電磁波は主に通信等で利用される。

1.2 可視光

 可視光とは波長の長さが380~750 nmほどの電磁波のことであり、これ以上長ければ赤外線に、短ければ紫外線となり肉眼では見えなくなる。可視光の波長の長さは大体小さな細菌や大きなウイルスと同じぐらいの長さであり、かなり短いがこれでも原子や分子と比較するとかなり長い。

 そして、可視光は波長の長さによって色が異なり、最も短い、つまり高エネルギーだと紫色に、反対に長いと赤色に見える。そのため、赤外線と言う名称は赤色よりも波長が長いという意味であり、紫外線と言う名称は紫色よりも波長が短いという所に由来している。

 実際に赤外線を英語で書くと「Infrared」と言い、紫外線は「Ultraviolet」と表記される。ここでの「Infra」とは「下に」を意味する単語であり、赤外線のエネルギー量が赤色の可視光よりも低い所に由来しており、反対に「Ultra」とは「上に」を意味する単語であり、こちらは紫色の可視光よりもエネルギー量が高い所に由来している。

 また、可視光の波長は以下の様になっている。

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 可視光の領域は色によってさまざまであり、黄色や橙色の領域はかなり狭いもののこれは色の感じ方の違いであり、動物によって色の見え方は異なる。そのため、動物の中には低波長側に可視光がずれいているものもいれば高波長側にずれているものもおり、この表の可視光の見え方はあくまで人間目線である。

 以上のことより、可視光の色の違いはあくまで波長の長さ、エネルギー量の違いであり、紫外線ほど波長は短くないがエネルギー量の大きい電磁波は紫に、赤外線ほど波長は長くは無いがエネルギー量の小さな電磁波は赤色に見えるのである。

2. 物質の色

2.1 色の見え方

 ここからは物質の色について書いてきたいと思う。この世の物質には様々な色があり、例えば葉の色は緑色、血の色は赤色である。また、夜空に輝いている星にも色があり、ベテルギウスは赤色に見えるがリゲルは青色に見える。

 このようにこの世に存在するものには様々な色があるがこの色の決定の仕方は大きく分けると二通りあり、以下の様になっている。

  • 自ら光を放っているもの
  • 光の反射によって色が決定しているもの

 この中で自ら光を放っているものは恒星や炎であり、これらは高温であるから自ら光を放つことが可能となっている。低温の物質は赤外線を放出しているが温度を上げるとエネルギー量が大きくなるため、赤外線の波長が短くなっていき、やがて可視光を放つようになる。可視光を放つほどの温度に達した時の色は赤色であり、この理由は単純に赤色が最もエネルギーが低く、初めに達する色だからである。そして、温度をさらに上げていくと橙色, 黄色, 緑色, 青色, 紫色のように低波長側に移っていくようになる。そのため、高温の炎は青白く見えるようになり、青色は寒そうなイメージがあるが実は非常に熱く、反対に赤色は最も寒い(と言うには熱すぎるが)色である。

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 恒星の色も表面温度によって決定されており、表面温度の高い恒星はエネルギー量が大きいため、高波長の青色光を多く放つため、青色に見えるが反対に低温の恒星はエネルギー量の小さな赤色光を多く放つため、赤色に見えるのである。

2.2 自ら光を放たない物質の見え方

 ここまでは自ら光を放つ物質の色について書いてきたがここからは光を放たない物質について書いて行きたいと思う。自ら光を放たない物質は周りに光が無いと見ることが出来ず、暗闇であるが光が照っていると見ることが出来る。

 その時の色は物質によって様々であり、赤いものもあれば黄色いものもあり、青いものもある。そして、当然ではあるが自ら光を放ってはいないため、赤いものでもエネルギーが低いわけでもなく、青いものでもエネルギーが高いわけでもなく、どの物質もエネルギーが低すぎる状態にあるに過ぎない。

 そのため、見える色はエネルギーには関係があるわけでは無いが何によって決まっているのだろうか?

 それは、どの光が反射するかによって決まっており、物質によって吸収する光の波長は異なっているのである。例えば緑色のみ吸収する場合は緑色が吸収されるため、反射された光には緑色は含まれておらず、反対に緑色以外の色を吸収する場合は緑色が反射されるため、その物質は緑色に見えるのである。

 つまり、物質の色はその物質にとってはいらない色のことであり、植物の葉が緑色であるということは植物の葉にとって緑色はいらない色と言う訳である。

 更に光は混じり合うために例えば青と緑以外の光を吸収する場合は当然青と緑のみが反射され、青と緑を混ぜると水色に見えるため、その物質は水色に見えるようになる。

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 上図は色の見え方について図示したものであるが緑色のみ反射されているため、見える光は緑色のみとなる。そのため、上図の物質は緑色として認識され、反射される光の色が多くなるとより複雑になり、茶色に見える物質も出てくるようになる。

 このように色の見え方は自ら出しているものはその物質の温度(エネルギー)によって決まり、出していないものは吸収する光の色によって決まるようになる。

 以上、色に見え方についてでした。

 

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