黄華堂☆星空ブログ

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身の回りの光の科学 Vol.03
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    虹ってどうしてできるの?太陽はなんで眩しいの?赤外線や紫外線って何?テレビってどうして映るの?など私たちの生活には身近だけど意外と知らない『光』に関することがたくさんあります。それらをわかりやすく噛み砕いていく、国際光年にちなんだ特集コンテンツです!!


    みなさん、こんばんは。Noguchiです。
    朝晩の気温が下がり、夏も徐々に終わり秋の気配を感じる季節になってきましたね。今日は、皆さんが一度は見た事がある道具について紹介したいと思います。「レーザーポインター」です。


    レーザーポインター


    プレゼンを行う際に指し棒の代わりに使われることも多いので人によっては身近なものではないでしょうか。僕たちも観望会などで星を指し示すのに使用したりします。レーザーポインターの良い点は、暗い場所で使える事や遠くまで指し示すことができることですが、今回はその仕組みを、有名アニメをイメージして簡単に説明したいと思います。

    レーザーポインター(以下レーザー)の特徴は、主に3つです。
    1つめは、直進性です。
    レーザーから出る光は広がることなく、真っ直ぐに進みます(これは指向性ともいいます)。2つめは、単色性です。いろんな色が混じる事無く、1つの色の光(エネルギーが同じ)で出来ています。3つめは少し難しいですが、レーザー同士を重ね合わせると光の波の山と山、谷と谷がそろい強め合う可干渉性という性質があります。これらの特徴に対し、一般的なランプ等の光源からは、四方八方に広がる光が発せられ、いろんな色も混ざっています。蛍光灯が白いのもその理由です。


    光の三原色(各色が混ざると白色になります)


    ランプとレーザー光の特徴の違い



    では、どうしてレーザーはこのような特徴があるのでしょうか。レーザーは、”誘導放射による光の増幅”という”Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”の頭文字をとって“LASER”と言われます。『誘導放射?増幅?』ってなりますよね。では、簡単に説明しますね。

    光を出すことを放射といいます。この放射は、原子や分子といった小さな世界で起こっています。原子や分子は外部からエネルギーを吸収すると、下準位(低いエネルギー状態)から、上準位(高いエネルギー状態)に移ります。この状態を励起状態と言います。

    イメージでいうと(もちろん原理は違いますよ!)、ドラゴンボールに出てくる孫悟空がある時ご飯を食べてスーパーサイヤ人になったと考えてください。スーパーサイヤ人はずっと長く続かないですよね。かめはめ波を打つと元の状態に戻ってしまいます。もちろん出せるパワーも、食べたご飯分ですよね(他のみんなからの元気玉は考えません)。原子にとっても励起状態は、不安定で長く同じ状態ではいられません。すぐに低いエネルギー状態に戻ろうとします。これを遷移といいます。このときに原子はエネルギー差に相当する光を放出します。この現象を自然放射と言います。この自然放射と誘導放射は別の話です。では、誘導放射とは何なのか。

    続く

    《参考文献》
    ・国立天文台 大量のガスを一気に呑みこむ小さな怪物天体
    (http://www.subarutelescope.org/Pressrelease/2015/06/02/j_index.html)
    ・株式会社キーエンス レーザの仕組み
    (http://www.keyence.co.jp/marking/special/school/study/principle.jsp)

    by Noguchi

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