Why Are Leaves Green? Part 1
太陽光のスペクトルと大気による吸収
プランクの法則
ウィキペディア（Wikipedia） より
プランクの法則（Planck's law）は、黒体放射のスペクトルに関する法則であり、量子力学の基本法則のひとつである。
プランクの公式とも呼ばれる。この公式から導かれるスペクトルと温度特性は、全波長領域において、熱放射の実験結果から予想される黒体放射のスペクトルと一致する。
1900年、ドイツの物理学者マックス・プランクによって導かれた。プランクはこの法則の導出を考える中で、輻射場の振動子のエネルギーが、あるエネルギー素量（現在ではエネルギー量子と呼ばれている）ε = hν の整数倍になっていると仮定した。このエネルギーの量子仮説（量子化）はその後の量子力学の幕開けに大きな影響を与えている。
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『物理学者のすごい思考法』
橋本幸士／著 インターナショナル新書 2021年発行
第3章 物理学者の変な生態 より
緑の散歩道と科学
花には様々な色がある。そうか、花が目立つのは、葉っぱが全部緑でつまらないからなのではないか。そうに違いない。
「花がムッチャ綺麗なんは、葉っぱが綺麗ちゃうからやんなぁ」と散歩で隣を歩く妻に話かけた。すると「はぁ？ なにゆうてんの？ 葉っぱも綺麗やんか」と怒られてしまった。
確かに、僕は葉の緑も好きである。けれども、現在の問題は好き嫌いではなく、花をなぜ綺麗だと感じるのかという問題である。僕は妻の意見を無視し、「葉っぱの色が単調すぎる」説をさらにたどってみることにした。
つまり、花がなぜ綺麗なのか、という問題の答えは、葉っぱが全部緑色で単調すぎるから、と自分を納得させたのだが、すると次の問題がやってくるのである。なぜ、すべての葉っぱは緑色なのか？
答えはもちろん、中学校の理科で学んだように、植物は光合成でエネルギーを作り出すのであり、光合成を行うのは、葉っぱの中にある葉緑体だからである。
ここで注意すべきは、光の反射の性質である。物が緑色に見えるという時には、実はその物は、他の色の光を吸収しているのだ。これも中学校の理科で学ぶのだが、太陽の光は、赤や青、緑といった様々な色の光が重なっていて、全部で白くなっている。その光が葉っぱに当った時、赤や青が葉っぱに吸収されて、緑だけが吸収されない。だから、緑の光だけが反射されて、葉っぱは緑色に見えるのだ。葉緑体は、もっぱら、赤や青といった、緑ではない色の光を吸収して光合成をしているのだ。
それではなぜ、植物は緑色の光を吸収しないのだろうか？
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有力な解を思いつかず、足を速めて、自宅へ直行した。そう、家に着けば、ネットの世界で先行論文を検索して、科学の先人たちの知恵を誰でも拝借できるのだ。急いでパソコンを開き、検索してみた。すると、日本の大学の研究成果のプレスリリースがいくつか見つかった。
僕は仰天した。答えは、僕の専門の物理学に帰着するからだ。その生物学研究では、植物が緑色の光を吸収しないのは、太陽からの様々な色の光のうち緑色の光が強すぎるからだ、と主張されていた。つまり、あまりにも光を吸収しすぎるとダメージがあるため、最も強い緑色の光はなるべく吸収しない仕組みになっているという。
この説を信用するとすれば、原因は太陽の光の構成にある、ということになる。実は、太陽の光は「黒体輻射（ふくしゃ）」と呼ばれるルールで構成されている。黒体輻射は温度だけで決まる光だ。太陽の表面温度はおよそ6000度だと習った記憶がある。手元のメモ用紙で計算する。黒体輻射の数式に表面温度を代入し、最も強い光の波長を計算すると、約500ナノメートル。おお、これは、緑色を示す波長ではないか！
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どうでもいい、じじぃの日記。
橋本幸士著『物理学者のすごい思考法』という本に、「なぜ、すべての葉っぱは緑色なのか？」があった。
「つまり、花がなぜ綺麗なのか、という問題の答えは、葉っぱが全部緑色で単調すぎるから、と自分を納得させたのだが、すると次の問題がやってくるのである。なぜ、すべての葉っぱは緑色なのか？」
ネットで「なぜ、葉っぱは緑色なのか」をキーにして検索してみた。
光を幅広く吸収するためには、色素をたくさん持つことが必要である（すなわち究極的には黒い色になる）。
緑葉には、主に赤と青紫の光を吸収するクロロフィルと、主に青緑の光を吸収するカロテノイド（カロテン、キサントフィル）という色素が含まれている。従って、葉緑素が主として吸収する波長は赤色＋青紫光と青緑光であり、緑色光は吸収されずに反射される（すなわち緑色に見える）。
上述のように、太陽の光には緑色が最も豊富に含まれるが、緑葉はこの豊富に存在していると考えられるエネルギー源を避けていることになる。
http://www2.kaiyodai.ac.jp/~takamasa/kogosei/kogosei.html
「黒体輻射の数式に表面温度を代入し、最も強い光の波長を計算すると、約500ナノメートル。おお、これは、緑色を示す波長ではないか！」
ネットで「黒体輻射」をキーにして検索してみた。
「プランクの黒体輻射」というのは先生の冗談の可能性はありませんか？黒体輻射というのは、あらゆる波長を吸収する黒い物体は、その物体の温度によって決まる波長の光を放射する、という現象です。太陽光のスペクトルは、約5,780Kの温度の黒体輻射によってよく近似できます（ちなみに、これから太陽の表面温度は6,000K程度であると推測できます）。6,000K程度の輻射では600nm程度に最大値が来て、青い領域(400-500nm付近）では若干強度が落ちますが、これと、光合成の実験とは直接結びつかないように思います。
http://www.photosynthesis.jp/photoqa2004.html
太陽光は、短い波長の電磁波から長い波長の電磁波まで、いろいろな波長の電磁波から構成されるが、緑色の波長の電磁波が一番強い（画像参照）。
緑色 → 波長 500nm～560nm （ナノメートル）
というわけで、太陽からの様々な色の光のうち緑色の光が強すぎるから、だそうです。
