紫外線・赤外線写真用データ集
電磁波(electromagnetic wave)の分類
電磁波 波長 周波数
電波(radio waves) 超長波(VLF: Very ―) 10~100km 3~30kHz
長波(LF: Low Frequency) 1~10km 30~300kHz
中波(MF: Medium Frequency) 100m~1km 300kHz~3MHz
短波(HF: High Frequency) 10~100m 3~30MHz
超短波(VHF: Very ―) 1~10m 30~300MHz
マイクロ波(microwave) 極超短波(UHF: Ultra ―) 10cm~1m 300MHz~3GHz
センチ波(SHF: Super ―) 1cm~10cm 3~30GHz
ミリ波(EHF: Extremely ―) 1mm~1cm 30~300GHz
赤外線(IR: Infrared) 遠赤外線(FIR: Far ―) 30μm~1mm
中赤外線 5~30μm
近赤外線(NIR: Near ―) 700nm~5μm
可視光線(visible light)
380~780nm
紫外線(UV: Ultraviolet) 近紫外線(NUV) 200~380nm
極紫外線(EUV: Extreme ―)/真空紫外線(Vacuum ―) 10~200nm
紫外線A(UVA) 315~400nm
紫外線B(UVB) 280~315nm
紫外線C(UVC) 10~280nm
X線(X-ray)
5pm~10nm
ガンマ線(Gamma ray)
~0.01nm
おもにWikipediaによる。境界値には、情報源によって違いがある。


可視光線(380~780nm)
スペクトル

人間の可視領域の帯状スペクトル。下の灰色のバーは、昆虫の可視領域の例(300~650nm)を示す。他のグラフでも、このスペクトルを添えて示す場合がある。
efg's Computer Lab: Spectra Lab Report (Mr. Earl F. Glynn II)からダウンロードできるプログラム"Spectra"で作った図を加工。


人間の色覚
眼の断面図桿体・錐体
色覚の進化
三原色の感度

錐体の感度
錐体の感度
波長(nm)
青・緑・赤の三原色と色覚(CIE 1964 10-deg color matching functions )。単波長光と同色に見える三原色の混合比から求めたもの。CVRL Color & Vision database (Drs. Andrew Stockman & Lindsay T. Sharpe)にあるデータから描図。

Light Measurement Handbook: What is Light? (International Light, Inc.)
Webvision Home Page (John Moran Eye Center, Univ. of Utah)

顕微分光測光(MSP)による桿体(rod)・錐体(cone)の吸光特性


桿体・錐体の吸光特性
波長(nm)
桿体(白)・S錐体(青)・M錐体(緑)・L錐体(赤)の吸光度(相対値)。CVRL Color & Vision database (Drs. Andrew Stockman & Lindsay T. Sharpe)にあるデータから描図。元のデータはDartnall, Bowmaker & Mollon (1983) による。詳細はPhotopigmentsを参照。


水晶体と網膜



水晶体と網膜黄班の色
波長(nm)
水晶体(青)と網膜黄班(赤)の色素濃度。水晶体は菫色光~紫外線を吸収する。CVRL Color & Vision database (Drs. Andrew Stockman & Lindsay T. Sharpe)にあるデータから描図。
太陽光スペクトル



(W/m2
/nm)
太陽光スペクトル
波長(nm)
Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5 @ Solar Radiation Resource Information (Renewable Resource Data Center: RReDC)からダウンロードできるASTM G173-03 Tablesにより描図。

赤―地球外における放射量、青―地球表面における放射量。実測値から多数の仮定に基づいて推定された値。

可視光周辺の太陽光スペクトル



(W/m2
/nm)
太陽光スペクトル
波長(nm)



(W/m2
/nm)
太陽光スペクトル
波長(nm)

人間の可視領域は、太陽光が大量に、また安定して(大きなギザギザがなく)地表に届く波長域と一致している。また、地表に届く太陽光のピークと、桿体の吸収ピークも、ほぼ一致する(500nm)。

地表への放射スペクトルは、次の3つの要因でおおよそ説明できる。

  1. 太陽の放射スペクトル
  2. 太陽の回りの気体と太陽と地球の間の宇宙空間にある気体による吸収スペクトル
  3. 地球の周りの気体による吸収スペクトル

太陽の放射量スペクトル(1)の概形は、黒体輻射の式(黒体輻射の公式-プランク分布-)から描いた分布に従う。

放射量
(相対値)
太陽光スペクトル
波長(nm)
太陽の黒体輻射の理論分布。太陽表面温度を5800Kとして描図。
太陽→→→
太陽―
地球間
気体
地球近傍→→→
地球
近傍
気体
地表面
太陽光スペクトル太陽光スペクトル太陽光スペクトル

太陽光スペクトルの曲線の随所に見られる鋭い落ち込みは、太陽光が通り抜ける道筋に存在する気体に特定の波長付近の光が吸収されてできる。帯状のスペクトルの暗線(フラウンホーファー線 Fraunhofer line)に相当する。

落ち込みは2つのタイプに分けられる。赤・青の両方で落ち込んでいるのは太陽の回りの気体と太陽と地球の間の宇宙空間にある気体によるもの(2)、青だけで落ち込んでいるのは地球の周りの気体によるもの(3)だ。帯状スペクトルでは、後者による暗線は特に"telluric line"と呼ばれることがある。

The Atmospheric Spectrum
恒星のスペクトル (山賀進氏)
frauenhofer (Prof. Konrad A. Aniol)
Astronomy Knowledge Base: Fraunhofer line
High-Resolution Solar Spectrum (The Columbus Optical SETI Observatory)


太陽光スペクトル
波長(nm)
地球の周りの気体による吸収(3)は、(地球外放射量-地表放射量)/地球外放射量)、つまり、地球周辺の大気によって失われる太陽光の割合によって計算することができる。左のグラフでは、ブルーが失われる割合、ピンクが地表に到達する割合を示す。

UVC(190~280nm)とUVB(280~315nm)のほとんどは、オゾン層に吸収される。

UVA(315~400nm)からは、基本的には、波長が長くなるほど減少率が下がっていく。これは、窒素分子や酸素分子による散乱(レイリー散乱: キリヤ Q&A25キリヤ Q&A41 (キリヤ化学))の量が波長が短いほど大きくなるためだ(1つの分子についてみると、散乱量は波長の4乗に反比例する)。

680~760nmの吸収ピークは、地球のまわりの酸素による。特に、760nmの鋭いピークは、帯状のスペクトルでも最も明瞭に認められるtelluric lineで、「A-band」と呼ばれる。

800nm~2μm(2000nm)にある数個の吸収ピークは、おもに地球のまわりの水蒸気の吸収による(そのため、気候や天候によって激しく上下する)。2μm~は、水蒸気・二酸化炭素・一酸化炭素・二酸化窒素・メタンなどによって吸収される。もともと微弱な2.5μmより長い波長の電磁波は、このためほとんど地表に届かない。これらの気体は地球表面からの放射(10μm=10000nmにピークを持つ)も吸収して地球に「温室効果」をもたらす。

Solar Radiation, Heat Transport, Atmospheric Absorption (Powerpoint file)Atmospheric Absorption, Radiative Transfer, Clouds and Radiation (Powerpoint file) (Prof. Axel Kleidon, the University of Maryland)
V1003 Science and Society - Sources and impacts of greenhouse gases (Prof. P. deMenocal, LDEO, Columbia Univ.)
What Happens to the Radiation Hitting the Earth? (NASA)

DNA・タンパクと紫外線
核酸塩基の吸光スペクトル
核酸塩基の吸光スペクトル
赤―アデニン・緑―シトシン・青―グアニン・紫―チミン・茶―ウラシル
PhotochemCAD Spectra by Category記載のデータから描図

アミノ酸の吸光スペクトル
アミノ酸の吸光スペクトル
赤―ヒスチジン・緑―フェニルアラニン・青―トリプトファン・紫―チロシン
PhotochemCAD Spectra by Category記載のデータから描図

DNAやタンパクは、可視光線をほとんど吸収しない(透明に見える――例: 卵白、ゼラチン)が、UVCに吸収のピークがあって、影響を受け、生命活動を危険にさらす。UVBは皮膚ガン・白内障のリスク要因ともなる一方、皮膚でのビタミンD合成を促し、ビタミンD欠乏(vitamin D deficiency)による心臓病や骨格の病気(くる病・骨軟化症・骨粗鬆症)のリスクを軽減する。

紫外線保健指導マニュアル (環境省: マニュアル本体(PDF)) | Global Solar UV Index: A Practical Guide (WHO) | 資生堂 UV Information
ビタミンD解説 (国立健康・栄養研究所) Vitamin D (Wikipedia)
ビタミンD (ウィキペディア)
Facts About Vitamin D (Warren Grant Magnuson Clinical Center, NIH)

UVBの放射量は緯度や高度による差が大きく、例えば那覇では札幌のほぼ2倍にのぼる。

オゾン層・紫外線 (気象庁)

高緯度の地域から低緯度の地域への移住者やその子孫(オーストラリア・ニュージーランドの白人など)では皮膚癌の発症リスクが非常に高くなり、逆に、高緯度地域から低緯度地域への移住者ではビタミンD欠乏の比率が高いことという報告もある(が、皮膚色との関連は、あまり明確でない)。

オーストラリアにおける発癌率・癌による死亡率 | ニュージーランドにおける発癌率・癌による死亡率 (WHO)
Holvik K & al. 2005. Prevalence and predictors of vitamin D deficiency in five immigrant groups living in Oslo, Norway: the Oslo Immigrant Health Study. European Journal of Clinical Nutrition 59: 57–63. doi:10.1038/sj.ejcn.1602033 link

植物・植生の吸光と反射
光合成色素の吸光スペクトル





光合成色素吸光スペクトル
波長(nm)

青緑実線―ジエチルエーテルに溶けたクロロフィルa
黄緑実線―ジエチルエーテルに溶けたクロロフィルb
黄色実線―ヘキサンに溶けたβ-カロテン
モル吸光定数=吸光度/濃度(mol/L)/光路長(cm)
吸光度=(入射光強度/透過光強度)の対数
PhotochemCAD Spectra by Category記載のデータから描図


植生・景観要素の反射率スペクトル



(%)
植生の反射スペクトル
植生の反射スペクトル
波長(nm)

青緑―常緑針葉樹林、緑―落葉樹林、明緑―草地、黄―枯れた草地、紫―コンクリート、紺―アスファルト
ASTER spectral library (Jet Propulsion Laboratory @ California Institute of Technology)記載のデータから描図
植生・景観要素の反射量スペクトル



(W/m2/nm)
植生の反射スペクトル
植生の反射スペクトル
植生の反射スペクトル
波長(nm)

青緑―常緑針葉樹林、緑―落葉樹林、明緑―草地、黄―枯れた草地、紫―コンクリート、紺―アスファルト
反射率のデータと太陽光の放射スペクトル(地表面)の積から描図
下の数字で示す波長域は、ランドサット7号(Landsat-7; NASA)のBand1~4および8の観測波長域

植生が示す最大の特徴は、700nm~750nmでの反射量の急上昇だ。だから、ランドサットが撮影した画像の場合、Band3の画像とBand4の画像を対比することで植生の分布をとらえることができる。


水(液体)の吸光スペクトル




(/cm)
水吸光スペクトル
波長(nm)
3μm(=3000nm)で最大の吸光度を示す。





(/cm)
水吸光スペクトル
水吸光スペクトル
波長(nm)
可視光線とその周辺のみ。可視光線の範囲では、波長が長いほど多く吸収される。そのため、水深が大きくなればなるほど、届く光は青みを帯びてくる。

Optical Absorption of Water Compendium にある下の論文のデータから描図
G. M. Hale and M. R. Querry, "Optical constants of water in the 200nm to 200μm wavelength region," Appl. Opt., 12, 555--563, (1973). 水の吸光特性の分子構造からの解説: Molecular Vibration and Absorption


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