光について学んだことまとめ～写真やイラストへの応用 知識編～
はじめに
2月に光についてと、物に光が当たった時について学んだので、自分の覚書も含めてまとめます。
間違ってる可能性もある。
ので、もしこれを読んだ人でちゃんと学びたい場合は、ちゃんとした本とかちゃんとした会社のWEBサイトとかで学んだほうがいいです。ちゃんと。
今回は太陽光のみです。
ほかの光だと、たとえば室内光は少しオレンジがかってて…でも自分が室内にいるとそれが分かんなくて…などなどあるそうです。
そちらはまだ勉強できていないので、またの機会に…。
光とは
光は、波であり粒子でもあるそうです。
これについて深く考えると、物理の世界にずぶずぶと入り込んでしまいそうなので、とりあえず「そうなんだー」で流します。
簡単な説明なら、ネット上でいろんな企業さんが載せてくださってます。
キャノンさんとか↓
そんなわけで波であり粒子でもある光ですが、大気中の分子などに当たることもあります。酸素分子とか。
そうすると、当たった分子などを振動させて、同じ波長の光を周囲に放出します。
（「同じ波長の光」とは、たとえば赤の波長の光、青の波長の光、などです。
太陽光は赤～紫までの様々な光が混ざっており、その結果白く見えるのですが、波長の長さに違いがあります。
赤は波長が長くて振動数が小さく、青は短くて振動数が大きい。）
分子などに当たった際、同じ波長の光を周囲に放出することを、散乱と言います。
波長が短く振動数の大きい青は散乱されやすく、逆に赤は散乱されにくいそうです。
太陽光が地球に届くまでに、大気中の分子などにぶつかって青い光がたくさん散乱されることで、空が青く見えます。
このような現象を、レイリー散乱と言います。
「じゃあ夕日はなぜ赤いの？」ですが、太陽が地平線に近くなる＝太陽光が通る大気の層が厚くなるため、青い光は散乱しきって少なくなり、散乱されにくい赤い光が残るからです。
Honda Kidsというページで、時間ごとに色が変わる仕組みがわかりやすく紹介されてました。
専門家の解説なので多分間違いなし。
こちらのページで雲が白い理由についても紹介されてましたが、雲の粒のような大きなものに当たって起きる散乱を、ミー散乱と言います。
薄い雲が薄い白色なのは、そもそも雲の粒が少ないため、ミー散乱があまり起きていないからですね。
曇りの日は空が灰色ですが、雲の中で散乱がたくさん起きて、光が弱まったからです。
晴れた昼間の雲の下側が灰色なのも、これが理由ですね。
雲の下側は青っぽくもありますが、これはたぶん空の青が地面で反射されてるから、かな？ここは調べてもはっきりしなかったので曖昧です。
また少し話が戻ってレイリー散乱ですが、光の進行方向とその真逆の方向に強く起こり、垂直方向には弱く起こります。
昼間に地平線近くの空は白っぽいのも、より厚い大気層を通ることでミー散乱が起きる＆地平線付近はレイリー散乱が弱くしか起こらないことが原因です。
影はどうなるか
光あるところには影があるので、影についても。
屋外であれば、主な光源は太陽となりますが、青空も光源となります。
ただ、光源として大きすぎる（全体がぼんやり光ってる感じ）うえ日光に強さで負けるので、青空そのものが影を作ることはまず無いと思います。
しかし、青い光そのものは地上に届いています（じゃないと私たちが青い色を見られない）。
そのため、太陽光によって影ができ、その影に青い光があたるので、影自体が青っぽくなります。
青っぽい影については、晴れた日に白い壁の影などを見るとわかりやすいと思います。
反射光について
光が物に当たった時、光は反射したり、物体に吸収されたりします。
（今までの話で、すでに前提として話してましたが。）
例えばリンゴを見た際、赤い光が反射し、青い光を吸収するから「リンゴは赤い」と認識できます。
目が反射した光を受け取っているということは、周囲にも反射した光が散っているわけです。
リンゴのそばに白い紙をかざすと、紙がうっすら赤くなると思います。
物と物が接するくらい近くにあると、互いに互いの色が反射されています。
おわりに
だいたいざっくり書きました。
まだまだ書けるところはあるんですが（光の屈折とか、散乱の結果葉っぱの表より裏のほうが透明に見えることとか…）、一旦終了にします。
次回はこれらを応用して、写真にどこまでイラストをなじませられるか実験してみたいと思います。
イラスト合成は初めてやるので、実際どうなるかはわかりませんが…。
うまくできると信じて、今回はおわり。
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