夏の自由研究2019：虹
【研究のテーマ】
虹はどうして同時に全色見えるの？
【この研究を選んだ理由】
四国旅行で川の水がエメラルドグリーンに見えました。その理由が知りたくて、光の特性を学び直しました。
川の色の理由は分かりましたが、その時に水の特性についても学び直したことで新たな疑問が生じました。
『虹はどうして同時に全色見えるのだろう？』
虹が発生する仕組みは知っていました。水蒸気に日光が反射する時に、水滴がプリズムの役割をして太陽光が分解される（これを分光といいます）からです。
でも、川の色が緑に見える理由を調べている過程で、「水分子は赤色を吸収する性質がある」と知りました。吸収するということは、反射しないということです。
私が知っている「水滴に日光が反射して発生する」という虹のメカニズムと矛盾します。
虹が赤まで全色見える理由を調べようと思いました。
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【光の特性】
・光には波長があり、その波長に網膜が刺激されて、人間は「色」として認識している。
・光には「見える光」と「見えない光」がある。
見える光＝可視光線
見えない光＝不可視光線
可視光線を分解すると7色になる。
赤、橙、黄、緑、青、藍、紫
＊発見したのは万有引力のニュートン。
＊色数は文化や言語によって異なるようです。
不可視光線も入れて並べると
赤外線、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫、紫外線
光の波長は、赤が最も長くて、紫が最も短い。
長い→ 赤、橙、黄、緑、青、藍、紫 ←短い
上記の光の特性は、空の色の変化で毎日見ているものです。
■空の色が変化して見える理由
太陽が高い位置にある（太陽と観測者の距離が近い）と空は青く見えて、日が沈みかけて太陽と観測者の距離が長くなると、赤く見える。
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【最初の疑問】
川の水がエメラルドグリーンに見えるのはなぜ？
これには光の波長だけでなく散乱という特性と、水の性質も関係していました。水の色は様々な要因が影響して見え方が変化します。ここでは私の最初の疑問の解決のみに焦点を当てているので、「澄んだ川の水」に限定して調べました。
■澄んだ水が青や緑に見える理由
水は分子で出来ていて、水分子が波長の長い赤色の光を吸収する性質を持っている。そのため人の目には青か緑に見える。
青に見えるか、緑に見えるかは、水深、水底や水中の状態（不純物）による光の散乱で決まる。
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ここからが本題です。
上記サイトより画像をお借りしました。
虹の発生メカニズムは難なく理解できます。
ですが、
ｲﾏｺｺ(´；ω；`)
あめﾁｬﾝの夏は終わらない…
と思いましたが、ひらめきました！
ｲﾏｺｺ(´；ω；`)
やっぱり終わらない…
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【水が赤を吸収する仕組み】
「水分子が赤を吸収する性質がある」という表現がおかしいのではないか、という、水の研究者を激怒させそうな仮説を立てて、水が赤を吸収する仕組みについて調べたところ、とても分かりやすいサイトを見つけました！
上記サイトから画像をお借りします。
透明な海水や澄んだ湖水は青く見えます。これは、水による光の吸収と散乱によるものです。太陽光線は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の七色の光が集まったものです。光は電波と同じ種類の波なので、赤から紫までの色はそれぞれ波長があり、波長は赤の方が長く、紫の方は短くなっています。
波長は次のような性質を持っています。
波長の長い光は、吸収されやすく、散乱されにくい。
波長の短い光は、吸収されにくく、散乱されやすい
この画像で全て理解できたような気がします。
【結論】
以上です。
あめﾁｬﾝの夏が終わりました！
知的好奇心が満たされて、とても楽しかったー！
|ω・)間違えてたら教えて下さい。