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意外と身近にたくさんある!知っておくと楽しい構造色の話

意外と身近にたくさんある!知っておくと楽しい構造色の話

シャボン玉やCDの表面に、虹色のような不思議な色が次々に変化していく様子を見たことはありませんか?もの自体に色がついているわけではないのに、光の性質によって見える色を『構造色(玉虫色)』と呼びます。

見る人を引きこむあの幻想的な色合いは、いったいどのような仕組みで発生しているのでしょうか?

構造色の仕組みを理解するためのキーワードは“光の波長”

構造色_02

光は波のような性質を持っていて、海の波のように上下に揺れて進みます。波の谷(一番低いところ)から谷、あるいは山(一番高いところ)から山までの距離を波長といいます。

光は無色透明に見えますが、赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の7色で構成されています。それぞれ波長が違い、赤が最も長い波長、紫が最も短い波長となります。
また、光にはほかにも以下のような性質があります。

屈折:物体の中に入ると曲がる
反射:物体に当たって跳ね返る
干渉:光の波の山と山が重なり合って強くなったり、山と谷で打ち消し合ったりする

このような光の性質の結果、強くなった波長の色が私たちの目に届きます。

構造色ができるまで

構造色は、ものの表面の構造によって光の屈折・反射・干渉などが起き、結果的に強められた波長が見る人の目に届くことで認識される色といえます。シャボン玉やCDなど身近にあるものを例に挙げ、実際にどのような現象が起こっているのか見ていきましょう。

●シャボン玉

シャボン玉の薄い膜は、実は場所によって微妙に厚みが違います。もともと厚みが異なっているうえに、風や重力などでも休むことなく形が変わっていき、さらに浮き上がるので、私たちが見る角度も変わります。

光はシャボン玉の薄い膜に入り、膜の中で何度も屈折します。そして、膜の内側で反射し、屈折や干渉をした結果、波長の強まったいくつかの光が私たちの目に届きます。

シャボン玉の形や私たちがシャボン玉を眺める角度は常に変わっているので、その都度いろいろな光が目に届くことになり、虹色に見えるのです。

●昆虫や魚

“玉虫色”の語源であるタマムシやカナブンといった昆虫、そして、魚の表面にも構造色を見ることができます。昆虫や魚の体表面は複雑な多重構造をしているため、人間の見る角度によって多彩な色が現れるのです。

●CDやDVD、Blu-rayディスク

構造色_03

CD、DVD、Blu-rayディスクといった光学ディスクの表面には、小さな穴がらせん状に並んでいます。この穴で音楽や映像といった情報を記録しているのです。

光学ディスクの穴は光の波長と同じくらい小さいので、そこに光が当たると光の波長を強め合う方向により強く拡散され、色が虹のように分かれて見えます。

日常生活でもよく目にする構造色は、実はこんな複雑な仕組みで発生していたのですね。上記に挙げた以外にも、メガネや油膜、真珠など、構造色が現れるものは意外と身近にたくさんあります。

疑問に思った現象が解決すると、ちょっとだけ満たされた気持ちになるもの。あの不思議な色合いを見たら、「あ、これは構造色だな」なんて思い出してみてください。

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(参考)
CCS株式会社|第22回 シャボン玉の色
https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol22.html
東邦大学メディアネットセンター|青い魚はなぜ青い?
http://www.mnc.toho-u.ac.jp/v-lab/fish/color/color1.html
大阪市立科学館|色がついてない?「構造色」
http://www.sci-museum.jp/files/pdf/study/universe/2013/10/201310_16-17.pdf
積水化学工業株式会社|自然に学ぶ研究事例
http://www.sekisui.co.jp/csr/contribution/nextgen/bio_mimetics/1174534_27856.html
KONICA MINOLTA|人間は、特定の波長を色として感じることができます。
https://www.konicaminolta.jp/instruments/knowledge/color/section1/02.html

目ディア

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