「空はどうして青いの？」「風はどうして起こるの？」といった、小さな子どもが大人へ投げかける質問と、その答えについて調査したので分かったことを報告します。
子どもの疑問の、自然現象編
「どうして空は青いの？」
太陽光に含まれている「波長が短い、青色の光」は、大気中に含まれている窒素分子や酸素分子と非常に衝突しやすく、
その結果、青の波長の光が大気中に散乱し続けることで、空が青く見えるから。
（この現象は「レイリー散乱」と名付けられている）
補足説明
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- 太陽光には「赤色の光」や「黄色の光」や「青色の光」や「緑色の光」などの7色が含まれていて、
それらが合わさって太陽光は「白色の光」に見えている - 「青色の光」は波長が450-495nmであり、比較的波長が短く、そのため空気中の極小の物質と衝突しやすい
- たとえば、「赤色の光」の波長は620-750nm
- 大気中において、「青色の光」は、「赤色の光」より16倍も散乱しやすい
- 夕方に空が赤く見える理由は、自身の位置から斜めの方角から太陽光が射し込むから
- 太陽光が大気中に斜めから射し込むと、昼間の真上から射し込む場合よりも、太陽光が大気層を透過する距離が何十倍も長くなる。
そうなると、青色の光は大気層の途中で散乱しきってしまい、
波長が長い赤色の光が地表に届くようになり、空が赤く見えるようになる。
- 太陽光が大気中に斜めから射し込むと、昼間の真上から射し込む場合よりも、太陽光が大気層を透過する距離が何十倍も長くなる。
「どうして海は青いの？」
太陽光に含まれている「青色の光」が海水中を透過していることで、海が青色に見えるから。
補足説明
- 太陽光に含まれている「青色の光」は強いエネルギーをもち、海水中を進んでいっても水の層になかなか吸収されず、海のかなり奥深くまで進むことができる
- 深海の領域では青色の光も大部分が水の層に吸収され、深海では海の色が青色から黒色に変わる
- それに対し、「赤色の光」「橙色の光」「黄色の光」はエネルギーが弱く、これらの光は水の層にすぐに吸収され、
結果として吸収されずに残った「青色の光」が海を青色に見せている - たとえば「コップの中の水」のような少量の水は、太陽光が当たっても全ての色の光が吸収されるまでには至らないため、コップの中の水は青色ではなく無色透明に見える
「どうして雲は白くて、そして空に浮いているの？」
雲が白い理由は、雲を構成している水の分子や微細な氷が、窒素分子や酸素分子よりもはるかに大きいため、
太陽光が雲の水分子や氷に当たると「青色の光」も「赤色の光」もすべて散乱してしまい、（光が雲に反射されるイメージが正解に近い）
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雲が太陽光の白色に見えるようになるため。
雲が空に浮いている理由は、「上昇気流」によって雲が上へと吹き上げられているため、空に浮いているから。
「雲ができる理由」の補足説明
「海や川や地表から蒸発した水分を含む空気」が空高くまで上昇していくと、
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高空での気温の低さによる影響や、高空において気圧が低くなったことで空気が膨張し膨張したことで温度が下がることで、
空気中の蒸気が結露し始め、
空気中に含まれるほこり・ちりと結露した水が結合し、
その集合体が「雲」になる
「どうして雷（かみなり）が発生するの？」
非常に気温が低い高空において、雲の中で出来た微細な氷はだんだん大きく重くなっていき、雲の中で下降し始める。
それと同時に、小さくて軽い氷が雲の中を上昇していて、
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下降する氷と上昇する氷が雲の中で接触し続けることで静電気が発生し、雲の中に静電気が蓄積し続ける。
雲の中に蓄積できる限界量を超えると、正電荷を帯びている大地に向かって雲から放電が始まり、
この放電現象が「雷」と呼ばれている。
「どうして風は起こるの？」
「気温が低くて空気が冷やされ、収縮して重くなり、地表へ向かって沈み込んでいる空気（高気圧状態）」がある場所には、
その空気が沈んでいった後に出来たすき間に、周りの低気圧状態の場所から次々と空気が流れ込み、その空気の流れが「風」になる。
子どもの疑問の、機械編
「スマートフォンやタブレットPCなどはどうしてネットにつながるの？」
- 通信端末の持ち主が、通信端末でメール送信やWebサイト接続などの行動を起こす↓
- 通信端末から電波が発信される↓
- 通信端末から最寄りの距離にある基地局（街中の至る場所に設置してある小型のアンテナ）が電波を受信する↓
- 基地局から、基地局と有線接続されている交換局（ビルのような大型設備）へとデータが送信される↓
- 交換局がインターネットへ接続し、データ通信を行う
スマートフォンやガラケーによる通話もほとんど同じ仕組みであり、
電話をかけた通信端末から発信された電波がまず基地局に届き、
次に交換局に備わっている音声交換設備を介し、基地局へとデータ送信され、遠方の相手と通話状態になります。
「インターネットってどういう仕組みで成り立っているの？」
インターネットの実態は、「物理的存在である、大量のサーバー」。
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サーバー（ハードディスクやSSDがたくさん積まれている機械装置）にはWebサイトの文章データや画像データやメールの文章データなど、ネット上で必要になる各種データが格納されている。
「その大量のサーバーへ、自身の情報端末からアクセスすることで、情報端末とサーバーの間で各種データのやりとりをしている状況」が、
インターネットを利用している状況ということになる。
PCからインターネットへ接続する流れ
- PCのユーザーが、PCであるWebサイトを開こうとしたり、メールを送ろうとする↓
- PCから、PCに接続されているLANケーブルあるいは無線LANを通して、手元にあるルーターという機器へアクセスする↓
- ルーターから、光回線を始めとしたインターネット回線へ接続される↓
- 自身が契約しているプロバイダーのDNS（ドメイン・ネーム・サーバー）へ接続される↓
- 「PCのユーザーが接続したいWebサイトのドメイン」をDNSが参照する↓
- 「PCのユーザーが接続したいWebサイトのドメイン」が見つかった場合、
そのWebサイトのドメインのIPアドレス（そのコンピューターの、インターネット上の具体的な住所を表す「192.168.0.1」などのような形式の数字）がDNSから返される↓ - 判明したIPアドレスを通して、自身のPCが目的のWebサーバーやメールサーバーへ接続され、PC上でWebサイトを閲覧したり、メールを送受信できるようになる
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