2021年9月30日木曜日

ジャミラの円盤の光学迷彩|ウルトラマン第23話「故郷は地球」

 ウルトラマン第23話「故郷は地球」は有名なジャミラの話です。

 ジャミラは宇宙開発競争で某国が打ち上げた宇宙船に搭乗していた地球人の宇宙飛行士の名前です。ジャミラは事故によって水のない惑星にたどり着き、某国の救助を待っていました。しかしながら、某国は国際的な問題になることを恐れて事故を隠蔽しジャミラを見捨てたのです。

 ジャミラは一命をとりとめはしましたが、水のない惑星の環境に適応し、水を不要とするひからびた粘土質の身体となりました。ジャミラは某国に復讐するため宇宙船を改造し地球にやってきました。その宇宙船は姿を消す機能を有していたのです。

 地球に到着したジャミラは姿を隠した宇宙船で要人を乗せた旅客機を次々と撃墜します。科学特捜隊が出動しますが見えないロケットからの攻撃を受けます。イデ隊員とフジ隊員がジェットビートルの電波探知機で位置を確認、飛行機雲を吐きながら飛ぶ見えないロケットを発見します。飛行機雲を頼りにレーザーで攻撃しますが、ロケットを見失ってします。

 ジャミラのロケットはどうして姿を隠すことができるのでしょうか。科学特捜隊本部でムラマツキャップが2つの実験をしながら推測します。

 ムラマツキャップは自転車を持ち出して後輪を勢いよく回し始めます。そして車輪が止まっているときはスポーク(金属の矢)が見えるが、高速で回転するとスポークが見えなくなり見通せるようになると説明します。高速で移動するものは見えなくなる。この説明を聞いたイデ隊員は見えないロケットはものすごい力で振動していると答えます。これが1つ目の推測です。

ムラマツキャップの実験①高速で車輪を回転すると見通せるようになる
ムラマツキャップの実験①
高速で車輪を回転すると見通せるようになる

 次のムラマツキャップは色を塗り分けた円盤を回し始めます。円盤が止まっているときには色が見えますが、高速で回転させると全ての色が消えて灰色一色になり色が見えなくなると説明しています。これが2つ目の推測です。

ムラマツキャップの実験②色分けした円盤を高速で回転すると色が失われる
ムラマツキャップの実験②
色分けした円盤を高速で回転すると色が失われる

 この色分けした円盤の実験を最初に行ったのはアイザック・ニュートンです。ニュートンは虹の7色で色分けされた円盤を高速で回転させると光が混ざって白色になることを発見しました。この円盤はニュートンの円盤と呼ばれています。

 ムラマツキャップは「灰色一色になる」と説明していますが、この実験は反射光の経時加法混色ですから「白色一色になる」が正解です。

 こうして2つの推測が出ましたがイデ隊員は見えないロケットの秘密をその場では解き明かすことができず、徹夜で研究に没頭します。そしてスペクトルアルファ線、スペクトルベータ線、スペクトルガンマ線の3つのレーザー光線を開発します。

 イデ委員の説明によると、スペクトルアルファ線は光の屈折を自由に変えることができるもの、スペクトルベータ線は光の色彩吸収力を破壊するもの、スペクトルガンマ線は光の反射角度にある制限を加えるものです。

 この3つのスペクトル光線を重ね合わせて照射することで、ついに見えないロケットが姿を現しました。イデ隊員が説明した3つのスペクトル光線の働きを考えると、どれも物体を見えなくするような効果のように思えますが、見えない物体に照射するとロケットを見えなくしている3つの効果のバランスが崩れて物体の姿が見えるようになるということでしょうか。

 科学特捜隊が攻撃を開始しロケットを撃墜すると、ジャミラが現れます。ジャミラはウルトラマンのウルトラ水流で倒されます。

 ジャミラの話は題名の「故郷は地球」の通り不幸な宇宙飛行士の悲しい話でしが、このお話の中に上述のような光学の話があったのです。

継時加法混色についてはこちら

ウルトラ水流の話はこちら


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2021年9月29日水曜日

愛の戦士 レインボーマン|虹色|光と色のヒーロー列伝⑥

 光あるところに色がある。まこと艶やかな色に数知れぬ波長の光があった。

 たくさんのヒーローがいますが、光や色に関係するヒーローは少なくありません。このシリーズは光と色に関係するヒーローを取り上げていきます。

 第6回は色のヒーロー「愛の戦士 レインボーマン」の登場です。

阿耨多羅三藐三菩提 レインボーマン登場

 レインボーマンは川内康範さん原作の東宝製作の特撮テレビ番組「愛の戦士 レインボーマン」に登場する主人公の覆面のヒーローです。

愛の戦士レインボーマン 1972 行けレインボーマン 安永憲自 (OP → slides.) 

 「愛の戦士レインボーマン」は東宝が初めて手がけたヒーローを主人公とする特撮テレビドラマで1972年に放送が開始されました。1982年にはアニメ版「愛の戦士レインボーマン」も放映されています。従来の川内康範さん原作の七色仮面や月光仮面は人間が「扮装」するヒーローでしたが、レインボーマンは初めて人間が「変身」するヒーローとなりました。

 川内康範さんはヒーローを「正義の味方」と呼び、「正義の味方」は正義を守ろうとするものではあるが正義そのものではないとしました。月光仮面もそのような考え方から生み出された「正義の味方」です。

 月光仮面|月光|光と色のヒーロー列伝②

 月光仮面は正義そのものではありませんが戦う相手は悪であり、悪を倒すという点においては勧善懲悪です。レインボーマンの戦う相手は日本の滅亡を目的とする外国人組織「死ね死ね団」です。死ね死ね団が日本を狙う理由はかつて日本に虐待されたことに対する復讐ですから、レインボーマンの活躍は単純に善が悪を懲らしめる勧善懲悪とは言えません。そのような訳ありの背景で死ね死ね団から祖国を守るため孤独で戦うレインボーマン。その正体ヤマトタケシがヒーローであるが故に悩んだり、人間的な弱さを露呈したり、ヒーローが完全ではないことが描かれています。

オブジェクト思考のヒーロー

 川内康範さん原作の七色仮面は「変装」で姿を変えますが、レインボーマンは戦う場所や相手など目的に応じて「変身」でダッシュ1からダッシュ7まで七変化することができます。

 七色仮面|虹色|光と色のヒーロー列伝③

 ダッシュ1からダッシュ7はそれぞれ1週間の曜日に対応した「月の化身」「火の化身」・「水の化身」「木の化身」「黄金の化身」「太陽の化身」に対応しており、それぞれが特有の技を繰り出します。特に太陽の化身はレインボーマンの本体で様々な技を繰り出すことができ、ダッシュ1からダッシュ6までのうち2種類の能力を掛け合わせることができます。

 レインボーマンは一人のヒーローが目的に応じて姿や能力を変えるオブジェクト指向のヒーローと言えるでしょう。これがレンボーマンのアイデアの画期的なところで、フォームをチェンジするヒーローの原点と言えるでしょう。

 レインボーマンは高校生のヤマトタケシの成長とともに能力を高めていきます。ヤマトタケシはアマチュアレスリングで有名になり自分の不注意で交通事故に遭わせてしまった妹の足の治療のためプロレスラーになろうと考えます。そのため、インドの山奥に住む

アマチュアレスリングで名をはせた高校生・ヤマトタケシは小学生のころ、妹を自分の不注意で交通事故に遭わせ、脚に障害を負わせてしまう。その治療費を稼ぐため、格闘技にさらに磨きをかけプロレスラーとなり、有名になって金持ちになるべく、インドの山奥に住む聖者ダイバ・ダッタのもとに修行に訪れます。ダイバ・ダッタはヤマトタケシが伝説の七色の戦士レインボーマンの素質を持っていることを見抜き、弟子に迎えて修行をさせます。ヤマトタケシは人間同士の紛争が無意味であることを認識し、自分の力を平和のために役立てようと決意します。ヤマトタケシは修行を重ね新たな術を身につけながら死ね死ね団と戦います。

 終盤ではダッシュ7太陽の化身のままで6つの化身の技を扱えるレインボークロスという術を得ますが、これによってダッシュ1からダッシュ6までの登場が減りました。これはレインボーマンの能力を向上することにはなりましがが、オブジェクト指向的なヒーロー像が弱くなりました。見ている子どもたちにとっても面白みに欠けたようです。

レインボーマンの七色

 雨上がりの空にできる自然の虹の七色は赤・橙・黃・緑・青・藍・紫です。

 レインボーマンはダッシュ1からダッシュ7まで異なる色をしています。月の化身は黄色、火の化身は赤色、水の化身は青色、木の化身は緑色、黄金の化身は金色、土の化身は茶色、太陽の化身は白色です。

 レインボーマンの七色は一週間の曜日と関係していますから、自然の虹の七色とは異なります。黄・赤・青・緑は自然の虹の中にも存在する単色光の色です。白は様々な可視光線の単色光がほぼ均等に混ざった白色光です。茶色は簡単に説明するとオレンジ色と黒色の中間色で単色光は存在しません。また、金色は金属表面の自由電子による金属光沢の色です。

虹ができる仕組み

金色はどんな色

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2021年9月16日木曜日

クール星人の宇宙船は光学迷彩|ウルトラセブン第1話「姿なき挑戦者」

 「地球は狙われている!いま宇宙に漂う幾千の星から恐るべき侵略の魔の手が」(浦野光)のナレーションから始まるウルトラセブン第1話「姿なき挑戦者」。

 クール星人が昆虫のような地球人を誘拐し地球防衛軍に全面降伏を求めてきますが、ヤナガワ参謀とヤマオカ長官がこれを毅然とした態度で断ります。

クール星人
地球人を昆虫呼ばわりするクール星人

 クール星人は宇宙船で京浜工業地帯の攻撃を開始、あたりが火の海と化します。ウルトラ警備隊の出動が必要な事態となりましたが、大きな問題がありました。

 それはクール星人の宇宙船の姿が見えないことでした。頭を悩ませながら作戦を考えるキリヤマ隊長。アンヌ隊員がご覧の通りの風来坊のモロボシ・ダンに何か良い作戦はないのか声をかけます。

アンヌ「ダン、あなたの地球がピンチにたたされているのよ。何か敵を倒す方法はないの?」

 地球人でもないのに「あなたの地球」と言われたダンですが、この言葉でダンは地球を守り抜く決意をさらに強くしたのでしょう。ダンはクール星人の宇宙船の秘密をウルトラ警備隊に教え作戦を提案します。

ダン「敵の宇宙船を見えるようにすることだ。あの宇宙船は保護色を使って姿を隠しているんだ。特殊噴霧装置を利用して、こちらで色を吹き付けてやれば、相手の正体がわかるはずだ」

 特殊噴霧装置は科学班の協力ですぐに作られ、ウルトラ警備隊はホーク1号で出動。ダンも搭乗して作戦に参加しました。作戦は見事に成功し、クール星人の宇宙船はその正体を現しました。クール星人はウルトラセブンとウルトラ警備隊によって撃退されます。

 さて、ここで問題です。SFで姿を隠すと言えば透明になるのが手っ取り方法ですが、クール星人の宇宙船は透明になるわけではないようです。どのような仕組みで姿を隠していたのでしょうか。

 その答えはダンの言葉の中にヒントがあります。それは「保護色」です。保護色は動物の体の色や模様によって背景と見分けがつかくなり敵から目立たなくなる体色のことです。 保護色は動物以外にも使われることがありますが、一般的には迷彩色と呼んだ方が適切でしょう。

Shapeshifting Octopus, amazing camouflage

解説記事:光と色と「これは凄い!タコの保護色による擬態

 つまりダンの説明によればクール星人の宇宙船はその表面をまわりの景色に合わせて変化させていたのであって、透明になっているわけではないことがわかります。

 迷彩色の原始的な方法はまわりの景色に同化できるような色を塗ることです。たとえば宇宙船を空の青色で塗れば目立たなくなります。

 しかしながら、クール星人の宇宙船はもっと先進的な方法でまわりの景色に合わせて色を変化させることができます。たとえばカメレオンは皮膚で周りの色を感じて、体の色細胞の大きさを変化させることによって体色を変化させることができます。

 宇宙船表面の色を変化させるようにするには表面にさまざまな色を出すことができる発光体を設置する必要があるでしょう。宇宙船の背景の景色の色をセンサーで感知し、その色の光を出すと宇宙船が目立たなくなります。また、宇宙船表面をスクリーンにする方法もあります。背景の景色をカメラで撮影し、映像をスクリーンに投影します。

Mercedes-Benz. The Invisible Drive. | Ridgeway Mercedes-Benz

解説記事:光と色と「光学迷彩で見えない透明な自動車

 昆虫のような地球人ができるのですから、クール星人にとっては簡単なことですし、ここで説明した内容を超える科学と技術の光学迷彩を採用しているかもしれません。ですが、ペンキを吹き付けられて姿を表してしまったことを考えると、クール星人の知識も昆虫レベルだったのかもしれません。

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2021年7月28日水曜日

焦点深度|図解 光学用語

 レンズには収差があり、光には回析限界があるため、光は1点に集まらず、点像はぼやけて、ある大きさの円盤状の形となります。この円盤のことを錯乱円といいます。像面上で像がぼやけていても、ぼけがある大きさになるまでは、ピントが合っているように見えます。像のぼけが許容される大きさの錯乱円を許容錯乱円といいます。

焦点深度と錯乱円
焦点深度と錯乱円

 レンズでスクリーンに物体の像を映すとき、レンズとスクリーンの距離を多少ずらしても、像がぼけない範囲があります。この範囲を焦点深度といいます。焦点深度は、錯乱円の大きさが許容錯乱円よりも小さくなるところです。

 Fナンバーと焦点深度、許容錯乱円径は、三角形の相似の関係から次の式で表すことができます。

=(焦点深度の1/2)/(許容錯乱円径ε)

焦点深度 = 2Fε

 この式から分かる通り焦点深度はFナンバーに比例します。たとえば、一般的なカメラのレンズの許容錯乱円は約0.03 mmです。焦点深度はF2.8では約0.17 mm、F16まで絞ると約0.96 mmとなります。

 ところで近視の人が目を細めると遠くの文字が見やすくなりますが、これはF値が大きくなって焦点深度が大きくなるからです。

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2021年7月27日火曜日

絞り|図解 光学用語

絞りとは(しぼり、diaphragm)

 絞りはレンズに入る光の量を調整する穴のことで、開口絞り(aperture diaphragm )ともいいます。カメラのレンズの絞りは次の図のように、複数の羽によって穴の大きさを連続的に変化させることができます。物体からでた光のうち、レンズに入射するのは絞りの内側の光線です。絞りの外側の光線はレンズに入射しません。

絞りの働き
絞りの働き

 絞りを開くとレンズの有効径Dが大きくなるため、レンズに入射する光の量が多くなりFナンバー(f/D)が小さくなります。シャッタースピードを速くすることができ、ピントの合う範囲を示す被写界深度が浅くなります。 

 絞りを絞るとレンズの有効径Dが小さくなるため、レンズに入射する光の量が少なくなりFナンバー(f/D)が大きくなります。シャッタースピードは遅くする必要があり、被写界深度は深くなります。

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