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サンフランシスコの空が“オレンジ色”に染まった現象、その科学的なメカニズム - WIRED.jp

サンフランシスコの空は、米国の大統領が映っているテレビの画面と同じ色をしていた。

正直に言うと、この言い回しはTwitterの投稿から拝借したもので、ドナルド・トランプのメイクのオレンジ色をオタク的なセンスで皮肉っている。だが、どんな皮肉も気候変動を止めることはできないし、北米史上最悪となる山火事の季節を終わらせることもできない。

干からびて甲虫に食い荒らされた森やシャパラル(低木の茂み)が落雷や乾いた風の直撃を受け、米国西部では約100件の山火事が起きている。この山火事は現在までに13,000平方キロメートル以上に広がっており、1,000戸以上が全焼し、街がまるごと焼失したケースまである。

だが、これらの一連の出来事は、このほど起きた空の異変を説明するものではない。9月9日(米国時間)の朝、目を覚ましたカリフォルニアのベイエリアの住民たちは、太陽のない空がゴールデン・ゲート・ブリッジのようなオレンジ色に染まっている様子を目の当たりにしたのだ。

これは笑いごとではなかった。街灯は消えておらず、もやを突き破ってそびえ立つ巨大なストロ・タワーの電波アンテナは、さながら機械化された「サウロンの目」のようだった。煮えたぎるマグマのような光がすべてを覆い、まるで光り輝くひと筋の夕焼けのなかに閉じ込められてしまったかのように感じられた。

世紀末を告げる疫病や核の冬の到来、街全体が『ブレードランナー2049』のセットを再現しているようだといった陰鬱な冗談半分の会話を交わしながら、西海岸の住民たちは疑問に思っていた。実際のところ、なぜ空はあんな色になっているのか、と──。

化学反応と物理現象の組み合わせ

このオレンジ色(そして、それに続いた弱々しい黄色と病的な灰色)は、大気中の化学反応と、ごく微細な物理現象が組み合わさって起きたものだ。

より直接的には、やはり原因は山火事にあった。多くの山火事が非常に大規模かつ高温で、火災積乱雲(「炎の雷雨」)をつくり出し、すすや煙を大気の柱に乗せて上空約15kmの成層圏へと舞い上げている。さらに、この熱が異常な風を生み出し、シエラネヴァダ山脈の煙を西海岸へと運んだ。

こうしたさまざまな汚染物質が、文字通り太陽を遮断したのである。あるいは、少なくとも太陽の一部をというべきだろうか(悪魔は細かい色合いの変化にこそ宿るのである)。

「あのようなものは見たことがありませんでした。大気汚染のある街には行ったことがありますが、今回のように不吉な、深みのあるオレンジ色は見たことがありません」。米航空宇宙局(NASA)エイムズ研究センターの物理学者で、エアロゾルと光の散乱を研究しているサナズ・ヴァヒディニアはそう話す。「大気汚染された街では、いまがそうであるように、セピア色で汚く、もう少し暗い感じになることが一般的です。今回の現象は実に興味深いものでした」

すすがオレンジ色を通すフィルターに

まずは化学の話から始めよう。煙は何かが燃えると発生し、粒子になる。粒子には炭化水素分子や、正真正銘のブラックカーボンであるすすなどが含まれる。

ここで頭に入れておきたいことは、フィルターのかかっていない昼間の太陽光は大まかに言って白っぽい、もしくは白味がかった黄色に見えている。だが実際には、あらゆる光の波長を同じくらいの量だけ含んでいるということだ。つまり、赤から青までの可視光線が、亜原子レヴェルで点画のスプレーのように混じり合っているのである。

また、石油や石炭などの炭素を多く含んでいるものを(可視スペクトルからの光をまんべんなく吸収する)黒色と関連づけたくなるかもしれないが、実際は炭素原子には“好み”がある。炭素は波長の短い青よりも波長の長い赤をより多く吸収し、散乱させるのだ。

「すすの粒子は太陽から青い光を吸収しますが、わたしたちにはそれが見えません」。NASAのエイムズ研究センターで、地球の太陽系外の惑星の大気を研究しているマーク・マーリーはそう説明する。これらの粒子は青色を吸収または散乱させるが、『指輪物語』のモルドールの世界を彷彿とさせるような赤オレンジ色は通過させるのだ。

煙が青い光を遮断

空で層をなしていたのは煙だけではなかった。その下には湿度を含んだ空気のマリンレイヤー(冷たい海の影響で地表近くの空気の温度が低くなることで生じる空気層)が滑り込んでいた。サンフランシスコでは有名な“カール”の異名をもつ深い霧が、はやりのラテの泡の下に溜まったスチームミルクのように忍び寄っていたのである。

炭素とは異なり、水蒸気は通常の場合、可視スペクトルの赤オレンジ側の光を吸収しやすい。だが、水素2個と酸素1個の水分子は、煙に含まれるたいていの粒子よりも大きい。そして光の散乱という物理現象においては、サイズが重要なのだ。

数百ナノメートルという分子レヴェルでは、光は粒子の周りで屈折して方向を変え、また波長に応じて反射して元の方向へと戻っていく。つまり、粒子のサイズが違えば、光の色との作用も異なってくる。

霧の中では、「粒子が大きくなるので、あらゆる波長に散乱します」とヴァヒディニアは言う。「通常、この層はぼんやりとした灰色となるはずです」。つまり、普段のベイエリアの色である。

だが9日の場合、煙がフィルターのように作用したため、「霧のカール」は青い光を通すことができなかった。

「マリンレイヤーのブランケットの上にフィルターがかかり、そのマリンレイヤーが向かってきたすべての光を増幅させて散乱させたのです」とヴァヒディニアは語る。「そこには指向性はなく、あの場所全体にオレンジのもやがかかりました」。だからこそ、オレンジ色の光が遍在しているように見えたのだ。

まるで火星のようだった空

この視覚効果は、まるで火星にいるかのようだという声もあった。しかし、火星の赤い光(もし陽が出ていればだが)は、赤茶けた塵が薄い大気に吹き上げられてそう見えている。宇宙科学者や火星に取り残された宇宙飛行士なら、これを「エアロゾル化した火星の表土」と形容するだろう。

実際のところサンフランシスコのダウンタウンは、おそらく土星の衛星であるタイタンの見た目に近かったのではないかと思われる。厚みのあるタイタンの大気は、青を散乱させる炭化水素に満ちている。今回地球で起こったオレンジ化現象は、映画『オデッセイ』というよりはドラマ『エクスパンス -巨獣めざめる―』に近いものだったのだ。

また、それは単純に気味悪くもあった。光はどこか青白く、不吉な感じがあった。ヴァヒディニアの考えでは、この強度を欠いた薄暗い感じは、煙雲がかなりの高さだったことに原因があるという(この大気圏にできた粒子の柱を通過しなければ、光は地表に届かない)。

「この柱の厚みが薄暗さの原因になります。これが相当な高さと厚みになると、光もそれだけ抑え込まれることになります。鮮やかな色にはなりません。例えば夕焼けを見た場合、光はその大気の層をより長く通過しなければならないので、光が散乱する可能性も高まるのです」

黙示録的な状況

それで、なぜオレンジだったのか?

この色合いをもたらしたのは煙だ。全体がまんべんなくオレンジ色に染まったのはマリンレイヤーによる拡散が原因で、弱々しく彩度が低かったのはおそらくは雲の高さによるものだ。その結果、光子がまるでパチンコ玉のように行き交い、人間の網膜の光受容器に受け取られた(だがこれはまた別の話だ)。

それは世界の終わりではなかったが、そう見えたとしてもおかしくはなかった。結局のところ、激しい山火事は干ばつと気候変動によって引き起こされたのである。

人々が大量の炭素を大気中にまき散らすことをやめない限り、このような黙示録的な現象は折に触れて起きるだろう。なぜなら、現実が黙示録的な状況になっているからである。

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