第7章光の放射赤外線よりも波長の短い（振動数の高い）電磁波を光という。光の放射は，原子内の電子がエネルギーの高い状態から低い状態へ遷移することによって発生する。エネルギー準位と光の放射原子内の電子は勝手な軌道を取ることが出来ず，特定のエネルギーをもつ軌道のみが許される。それぞれの軌道がもつエネルギーのことをエネルギー準位（energy level）という。放射原子核から遠く離れた電子ほど，高いエネルギー準位にある。光の放射は，原子内の電子が高いエネルギーから低いエネルギー準位に遷移することによって生じる。原子内の電子は，光を吸収することに励起よってより高いエネルギー準位へと遷移する。電子がより高いエネルギー準位へ遷移することを励起（excitation）という。光子光は波（電磁波）であると同時に，光子（photon）と呼ばれる質量をもたない粒子の集まりでもある。原子内の電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に遷移する際に放射されるのは，光子である。エネルギー準位は原子の種類によって決まっており，その結果，原子から放射される光子のエネルギーも原子の種類によって決まっている。光子のエネルギーを E とすると，E はエネルギー準位の差に等しい。また，エネルギー E 〔J〕の光子からなる光の振動数をν 〔Hz〕とすると， E = hν が成り立つ。ここで，h はプランク定数（Planck s constant）と呼ばれる普遍定数である。色色（color）は生理学上の現象であって，見る人の目の中に宿るものである。光の振動数の違いは，色の違いとして認識される。物体の多くは光を放射するよりは反射しているのであり，しかも，物体に入射する光の内の一部分だけを反射している。その反射光が物体に色を与える。選択反射物体が入射する光の内の一部分だけを反射する現象を選択反射（selective reflection）という。原子内の電子は，特定の振動数で振動する。この特定の振動数のことを固有振動数（eigenfrequency）という。固有振動数に等しいかまたはそれに近い振動数の光が入射すると，光子は原子に吸収され，原子内の電子は高いエネルギー準位に遷移することなく固有振動数で振動する。しかし，振動はいつまでも続くわけではなく，電子は元の振動していない状態に戻る。このとき，原子から光子が再放射される。入射する光の振動数が固有振動数と大きく異なっていると，原子に吸収された光子のエネルギーは熱エネルギーに変わる。すべての振動数の光（電磁波）を吸収する物体を黒体（black body）という。炭は黒体に近い物体である。太陽光の放射曲線と色の混合光の放射の強さと振動数（波長）との関係を示す曲線を放射曲線（radiation curve）という。太陽光の放射曲線は，黄緑部分が一番強い形になっている(a)。放射曲線を単純化し(b)，三つの領域に分割する(c)。振動数の一番低い領域は赤に見え，真中の領域は緑に見え，一番高い領域は青に見える。加法混合と加法３原色白いスクリーンから反射された光の色の混合は，人がその光を見る前に行われているので，加法混合と呼ばれる。赤（R），緑（G），青（B）の光を混合することでどんな色でも作り出すことができるので，これらの色を加法3原色という。赤＋緑＝黄赤＋青＝マゼンタ（深紅色）緑＋青＝シアン（青緑色）赤＋緑＋青＝白減法3原色マゼンタ，黄，シアン色の顔料をいろいろな割合で混合することで，どんな色の顔料でも作り出すことができるので，これらの色を減法3原色という。マゼンタ色の顔料は，緑の光を吸収する。黄色の顔料は，青の光を吸収する。シアン色の顔料は，赤の光を吸収する。マゼンタ＋黄＝赤黄＋シアン＝緑マゼンタ＋シアン＝青マゼンタ＋黄＋シアン＝黒散乱波がその波長に比べてあまり大きくない物体に当たったときに，その物体を中心として周囲に広がっていく波が生じる現象を散乱（scattering）という。また，散乱を引き起こす物体を散乱体または共鳴体という。波の振動数が散乱体の固有振動数に近いとき，散乱体に強制振動が起こり，強い散乱が起こる。波の振動数が散乱体の固有振動数に近いほど散乱は強くなり，波の振動数が固有振動数に一致するとき，散乱は最大になる（散乱体は共鳴振動する）。光子が原子に衝突すると，原子内の電子を強制振動させる。振動して電子は，いろいろな方向に光子を再放射することで，元の振動していない状態に戻る。空はなぜ青いのか大気の大部分を占める窒素や酸素の分子は，紫外線部分に相当する固有振動数をもつ光の散乱体である。太陽からの紫外線はオゾン層で大部分吸収されるが，透過した紫外線は大気中の窒素と酸素の分子によって強く散乱される。紫の可視光は，その振動数が窒素や酸素の分子の固有振動数に十分に近いので，かなり強く散乱される。太陽の可視光が地球の大気中に入射すると，受ける散乱は紫，青，緑，黄，橙，赤の光の順に弱くなる。散乱される光子の数は紫の方が青よりも多いが，人間の目は紫の光に対して感度がそれほど良くないので，空は青く見えるのである。大気が塵などの大きな粒子で満たされると，低い振動数の光がもっと強く散乱されるようになり，空の青さが減り，白っぽい空になる。日没の太陽はなぜ赤いのか地球の大気層を通過する際に，高い振動数の光は強く散乱されるが，低い振動数の光はあまり散乱を受けずにそのまま通過する。最も散乱の弱い赤の光は，他の色の光に比べて容易に大気層を透過することができる。日光が大気層を通過する距離が最も長くなるのは日没時であり，その時，散乱の機会が最も多くなる。これが白い太陽が日没時に赤く見える理由である。真昼には太陽が黄色く見えるが，これは大気層の通過距離が最短となるので，散乱される青い光の量が少なくなるためである。