成層圏ってどこ？大気の層を元研究員がゼロから解説──空が青い理由・オゾン層・飛行機が飛ぶ高さの科学🌤

1902年当時、科学者たちは「上空に行けば行くほど気温は下がり続ける」と考えていました。ところがテスラン・ド・ボールが観測用気球を何度も打ち上げて気温を測定すると、高度約10kmを超えたあたりから気温の低下が止まり、むしろ上がり始めることを発見。

これが「成層圏」の発見です。「なぜここで気温が上がるのか？」──その謎は後にオゾン層が紫外線を吸収して加熱していることで説明されました。

気温の変化イメージ 気温 低 ← → 高 15℃ −56℃ −56℃ 0℃ −90℃ 最低 ↑下がる ↑上がる ↑下がる ↑上がる

太陽

太陽光（白色光）

N₂ 大気分子 （N₂・O₂）

← 青い光 四方八方に強く散乱 → 空全体が青く見える

赤い光は直進 散乱されにくい → 夕焼けの赤の原因

空が青く見える理由 青い光は波長が短い（約450nm） 散乱強度は波長の4乗に反比例 → 青が赤より約5.5倍強く散乱 → 空全体が青く輝いて見える

夕焼けが赤い理由 太陽が地平線近くにある → 光が大気を長距離通過 → 青い光はすべて散乱されて消える → 残った赤・橙の光だけが届く

「空が青い理由」は、レイリー散乱と呼ばれる現象で説明されます。1871年にイギリスの物理学者レイリー卿が解明しました。

逆に夕焼けが赤いのは、太陽が地平線近くにあるとき光が大気を長距離通過するため、青い光がほぼすべて散乱されて消え、赤い光だけが残るからです。

また宇宙から見た空が真っ黒なのは、散乱させる大気分子がないため。これも同じ原理の裏返しです。

成層圏の中でも特に重要なのがオゾン層（高度約10〜50km、最も密度が高いのは20〜35km付近）です。オゾン（O₃）は酸素原子3つからなる分子で、太陽からの有害な紫外線（UV-B・UV-C）を吸収して地上の生命を守ります。

1980年代以降、フロン類（クロロフルオロカーボン）によってオゾン層が破壊される「オゾンホール」が南極上空で毎年観測されるようになりました。これを受けて1987年に採択されたモントリオール議定書によりフロン類の製造・使用が規制され、現在はオゾン層の回復傾向が確認されています。

環境問題の解決策として国際条約が機能した数少ない成功事例として、科学者の間では高く評価されています。