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『カラー図解でわかる光と色のしくみ』空も瞳も青く見える理屈は同じ。微生物から星まで自然界の光と色の蘊蓄ある話題が豊富。分かりやすく面白いお薦めの一冊。

カラー図解でわかる光と色のしくみ■


自然界の光と色について解説しているところが大きな特徴。光の基礎に始まり、天界・宇宙に関する色、生命界・微生物・植物・動物の色までありとあらゆる色について解説している。

著者の経歴を見ると、それぞれ天文関係の著作が多い。なるほど、星のスペクトルや輝線・ベクトル、惑星について詳しい解説がある。

普段何気なく「青いものだ!」と思っていた「空の青さ」「海の青さ」「氷河の青さ」などその理由と解説が端的で分かりやすい。

わたしのお気に入りの話題は

「欧米人の瞳が青いのは青い色素があるからではなかった!」
「褐藻類のワカメがなぜ緑色なのか?」
「ブルーマウンテンズが青く見えるには理由は何とユーカリ!」

黄色を見た時も、赤色と緑色で合成された色も『黄色』と認識する。
物理的には全く違う波長であるが、脳の認識はどちらも黄色となる。

植物の斑入りの葉は、白い部分は光をすべて反射するため光合成ができない。
自然界では淘汰されてしまう異常であるが、園芸種で珍重される。

身近な話題と蘊蓄豊富で楽しめる一冊。
イラストや写真が多く分かりやすいことも好感!



★詳細はこちら↓

福江純(ふくえ・じゅん)
粟野論美(あわの・ゆみ)
田島由紀子(たじま・ゆきこ)著
2008.08.24. 初版第1刷
サイエンスアイ新書 SIS-076


★★☆☆☆ 難易度
★★★★★ 蘊蓄度
★★★★★ お勧め指数
★★★★★ 保存版
★★★★★ 編集、構成
★★★★★ 総合評価






◆ 感銘・共感・知見の一文 ◆

◎「空の色」 ★Keyword=【レイリー散乱】【オルバースのパラドックス】 P118
 空が【青】く見える訳
・大気で太陽光の一部が、空気の分子、水蒸気、塵などの粒子で散乱する。粒子が光の波長よりも大きければ、どの波長の光も散乱して【白】く見える。(氷や水滴からなる雲など)
・しかし、空気の分子は、光の波長より小さいため、波長により異なる散乱をする。
これが【レイリー散乱】で、『光の散乱量は光の波長の4乗に反比例する』という理論。【赤】は【青】の波長の2倍ほどあるため⇒2の4乗=16倍 反比例して散乱する⇒【青】は【赤】に比べて16倍散乱する。
★高山など上空に行くほど散乱は弱まり、空の色は“濃紺”になる。
≪山の空が真っ青に見える理由がこれ!≫
★オーストラリアのブルーマウンテンズが青く見えるのは理由があり、【ユーカリ】から放出される油の分子がさらに散乱を増すため【青】く見えるという。
 夕焼けが【赤】く見える訳
太陽の高度が低いと大気を通過する距離が長くなり【青】い光は散乱し【赤】い光が残るため。
★朝焼けより夕焼けの方が【赤】味を増して見えるのは、日中の活動などで大気中に塵が増えていることが一因。
 夜空が暗い訳
・太陽がないのだから、あたり前と考えがちだが、『無限の宇宙には無限の星々があり、無限の足し算で明るくなるはずだ』という有名な【オルバースのパラドックス】がある。
・星の光は、距離の2乗に反比例し暗くなる。しかし、宇宙に均一に星が存在すれば、見かけの範囲に見える星の数は距離の2乗に比例して増加する。宇宙が無限であれば、無限の足し算となり、無限に明るくなるはずである。
★理由として、よく宇宙の膨張があげられるが、膨張しなくても宇宙の年齢が有限なため夜空は暗くなる。
『宇宙の年齢が有限なことと、星に寿命があるため夜空を輝かす星の数には限りがあること』が夜空が暗い理由である。

○「海の色」P169
・水は波長の長い光ほど吸収するため、赤色光は水深7mで99%ほど吸収される。
・海面の色は、海水に入射した太陽光が再度海面より出てくる光の色で、海水中の吸収、散乱に浮遊物質、溶存物質が関与する。植物プランクトンが多いと、プランクトンの吸収しない【緑】味が多くなる。
・透明度の高いサンゴ礁では、サンゴの白砂に散乱し、赤から黄が吸収されるため【青】味が強くなる。
・透明度が高く海底が岩場になると、多くの色が吸収されるため【青】色が濃くなる。
・貧栄養の南方より北上する黒潮は透明度が高く、吸収されにくい【藍】色が散乱光となり【藍】色が濃くなる。

○「氷河の色」P177
氷は、波長の長い光ほど多く吸収する。【赤】は【青】に比べ10倍も吸収されるため、氷の中を進むほど【青】味が増えてくる。氷の内部に進入した光は、屈折、反射を繰り返し複雑に進むためクレバスから出てくる光は【青】味の多い光になる。

◎【メラニン色素】P242
ヒトが形成する【メラニン色素】には黒褐色の【ユーメラニン(真正メラニン)】と橙赤色の【フェオメラニン(亜メラニン)】があり、色素細胞【メラノサイト】で合成される。
 【肌】
表皮細胞基底部にある【メラノサイト】は、1000^2500/㎡あり人種による差はないが、生成される【メラニン】量に差がある。日焼けなどで【メラニン色素】が生成される量は遺伝子により決まる。また、低緯度地域の民族は【メラニン色素】をつくる遺伝子が多い。
 【瞳】
角膜は透明で【虹彩】に含まれる【メラニン色素】の大きさと数で色が決まる。
黒い瞳:黒く大きなメラニン粒子を含む
青い瞳: 青い色素があるのではない。空が青く見えるのと同じ理由による。メラニン粒子が少ないため紫外線に弱い。
 【髪】
根毛付近に【メラノサイト】があり、ここで生成されるメラニンの種類と割合で色に違いが生じる。【ユーメラニン】が多ければ黒髪に、【フェオメラニン】の量で栗毛、金髪、赤毛に、そして【メラノサイト】が衰えるとともに白髪となる。



◆ ポイントひろい読み BEST 5 ◆

○「光と色の基本」P14
【波長】
【可視光】は、380nm~780nm(ナノメートル=1/10億m)。
日本では、赤橙黄緑青藍紫(せき・とう・おう・りょく・せい・らん・し)と呼ばれ、このように分解された光を【スペクトル】と呼ぶ。
★【スペクトル】は、ラテン語で“形”“像”“幻”という意味で、ニュートンは、七色に分かれた太陽光が“お化け”(specter)のように見えたことから【スペクトル】と命名したとある。
【屈折率】
・光が異なる物質の境界面に入射すると経路が曲がる。これが【屈折】で、薄い媒質から濃い媒質へ入射すると【入射角】より【屈折角】の方が小さくなる。
【入射角】:境界面の垂線と入射光線の角度
【屈折角】:境界面の垂線と屈折光線の角度
・真空下での【屈折率】は、空気:1.000277、水:1.33、水晶:1.54、ダイヤ:2.42

◎「意外な蘊蓄」 ★Keyword=【前後対称】【修正マンセル表色系】 P18^ 
【鏡】のトリック
『左右は逆転するのに、上下は逆転しない!なぜ?』という問いかけがある。これを考えるとなかなか難しい!『上下は引力がはたらく』など苦し紛れのヘンテコな答えが出てきたりする。鏡像は、左右対称だが上下対称ではない。
⇒正解は【前後対称】 。でスッキリ解決!
【凸レンズ・凹レンズ】
凹凸どちらも記号のようだが正規の漢字であり由緒ある【象形文字】。部首は【凵(かんにょう)】≪PC変換でもこれ出てこない!≫
【回析】【干渉】
【回析】:光が波長と同じような長さのスリットの縁などで曲げられたり、回り込むと波長により色がついているように見える。
【干渉】:シャボン玉や油膜でよく見る現象で、光の波長程度の厚みであるため、上面と下面で反射した光が【干渉】する。
 【光の3原色:RGB】
Red/Green/Blueの頭文字。この3原色を混ぜると明度が上がることから【加法混色】と呼ばれ、色光の3原色を等分に混ぜ【白】となる(赤+緑+青=白)また、(赤+シアン=白)(緑+マゼンタ=白)(青+イエロー=白)となり、混ぜると【白】くなる色を互いに【補色】という。
 【色の3原色:CMY】
Cyan/Magenta/Yellowの頭文字。物体の色は光の吸収により発現することから【物体色の3原色】といわれる。この3原色を混ぜると明度が下がることから【減法混色】と呼ばれ、色料の3原色を混ぜると【黒】になる。
【修正マンセル表色系】
・美術研究家の【アルバート・マンセル】が1905年に考案し、科学的考察を加え1943年に策定された。JISに採択されている。
☆ 5R6/4は、色相【H】が【R:赤】の5、明度【V】が6、彩度【C】が4の色を示している。

○「宝石の発色」P166
・酸化アルミニウム(Al2O3)の結晶鉱物【コランダム】は無色透明。
⇒Alの1%程度がクロム(Cr)、鉄(Fe)に置き換わると緑から青、紫の光を吸収するため、赤い光を発する。これが【ルビー】。
⇒Al2個が鉄(Fe)とチタン(Ti)にセットで置き換わると黄から赤までの光を吸収するため、青い光を発する。これが【ブルー・サファア】
・無色透明の【水晶】は、シリカ(SiO2)結晶の0.01%程度のケイ素(Si)が鉄(Fe)の置き換わり、放射線が当たると結晶から電子が失われ紫、黄の色になる。

◎「【斑入り】の葉」P198
園芸品種などで、葉の一部や葉の輪郭に白い班のある植物がある。葉緑体ができない異常で白くなることが多く、白い部分は太陽光をすべて反射するため光合成ができない。自然界では淘汰されてしまう異常であるが、園芸種では珍重されている。
同じような白い班は細胞の密度が疎らなため乱反射して白く見えるものもある。

○「海藻の色」 ★Keyword=【補助色素】【アンテナ色素】 P220
・光合成をする植物は【光エネルギー】を直接【化学エネルギー】に変換できる【クロロフィルa】を必ず持つが、【赤】系【青】系の光以外吸収できない。
・海藻は、水深が深くなるに従い【赤】が届かなくなるため、その環境で吸収できる光を【補助色素=アンテナ色素】で取り込み【クロロフィルa】へ渡すことで光合成をしている。
【紅藻】深い海いでは【緑】の光を吸収することができる【フィコエリスリン】をもつことで生息できる。
【緑藻】浅い海に生息するが、【シフォナキサンチン】をもつものは褐色系のにごった色を呈している。
【褐藻】【クロロフィルa】【クロロフィルb】【カロチン】【フコキサンチン】を含み、
葉緑体中で【フコキサンチン】がタンパク質と結合し【赤】系の光を吸収できるように褐色を呈している。
☆  『【褐藻】のなかまである【ワカメ】がなぜ【緑】色をしているか?』熱湯をかけることで【フコキサンチン】とタンパク質の結合が外れ【赤】系の光を吸収できなくなるため。
■【海藻】のもつ主な色素■
【クロロフィルa】(青緑系)【クロロフィルb】(黄緑系)【クロロフィルc】(緑黄系)【フコキサンチン】(橙黄系)【カロテン】(橙黄系)【ルテイン】(黄系)【フィコエリスリン】(赤系)【シフォナキサンチン】(赤系)【フィコシアニン】(青系)【アロフィコシアニン】(青系)



◆ チェックポイント ◆

◎「天体から届く光」 ★Keyword=【黒体放射スペクトル】【輝線】【原子スペクトル】 P62^
 【黒体放射スペクトル】P62
・夜空に輝く星は、表面温度が違いにより、赤、黄、青、白に見える。
星の連続スペクトルで決まり、高温になるほど短波長となるため、橙(3^4000K)黄(4^5300K)、白(6000K以上)、青白(7500K以上)に見える。この連続スペクトルは【黒体放射スペクトル】とほぼ近似。
 【吸収線】【輝線】P64
白熱灯の前でナトリウムを燃やすと、ナトリウム原子が特定の波長の光を吸収するため【スペクトル】中に黒線が生じる。これが【吸収線】。燃やされるナトリウムは、【吸収線】と同じ波長の光だけをナトリウム原子から放出する。これが【輝線】。
★太陽の【スペクトル】に見られる【吸収線】は、発見者に因み【フラウンフォーファー線】と呼ばれる。
 【原子スペクトル】P66
元素は気体状態で熱せられると、特定の波長の光を吸収または放出する。元素ごとに異なるため【スペクトル分解】により、遠い宇宙に存在する元素を特定することができる。このスペクトルを【原子スペクトル】と呼ぶ。
★この同定方法は複数の原子が結合した分子でも同じように特定することができる。

○「星の蘊蓄」P83^
 彗星の尾P83
太陽に近づくにつれ、尾が長くなるため、箒(ほうき)星とも呼ばれるが、この尾の正体は氷が融解しガス状の雲になったもの。このガス状の雲は太陽風により吹き飛ばされるため、太陽とは反対側に伸びることになる。太陽から遠ざかるときには進行方向にたなびく。
 明るさの等級
B.C.2世紀ごろに【ヒッパルコス】が分類した等級で、肉眼で見える最も明るい星を1等星、最も暗い星を6等星と6段階に分類。現在では、1等級ごとに2.512倍、5等級差で100倍になる等比級数で対応している。
 【絶対等級】
地球から10パーセク(32.6光年)の位置に天体があると仮定した時の明るさを表す単位。見かけの等級が-26.7の太陽は【絶対等級】4.8となり、宇宙ではごく標準的な恒星。

◎「ヒトの【視細胞】」 ★Keyword=【桿体細胞】【錐体細胞】 P50
【桿体細胞】 :明暗を感じる細胞で、およそ2億個
【錐体細胞】 :色彩を感じる細胞で、L【赤錐体】M【緑錐体】S【青錐体】の3種で、700万個ほどある。
ヒトには元々2種の錐体細胞しかなかったが、その一つが【赤錐体(560nm付近で最大吸収)】と【緑錐体(530nm付近〃)】に分化し、3原色となったらしい。もとからあったのは【青錐体(420nm〃)】。
★色の認識の仕方
黄色の光を見たときに黄色と認識する。赤色+緑色の場合も黄色と認識する。
物理的には全く違う波長であるが、脳の認識はどちらも黄色となる。



☆☆☆★☆  どうでもいいこと  ☆★☆☆☆

空が青く見える。その訳が分かれば楽しいもの。【レイリー散乱】などで論理的な解釈ができれば“ナオサラ”である。さらに、欧米人の瞳が青いのは青い色素があるからではなく、空と同じ理屈とわかる。

これを
「どうでもいいこと!」
「だからなんだ!」
となると話が進まない。
確かにどうでもいいかもしれないが、どうでもよくなくなると、この話題面白いものとなってくる。こんなところに、こんな話題といろいろな本に手が伸びることになる。一般科学書の楽しみがここにある。

そんなわけで、次に何が登場するのか私自身予測がつかない。
面白い話題、興味ある話題の本を探すひと時もまた楽しみとなる。



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日頃より、身近な科学に興味があり、新書などいろいろ読み漁り、また読み耽っています。
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