明るさ・輝度

明るさ」と「輝度」は、光に関する非常に重要な概念である。明るさや輝度は、天文学、物理学、天体物理学、宇宙論、農業、気象学、そして写真などの分野で多くの応用がある。これらの分野で活躍するためには、輝度や明るさの概念をよく理解することが必要です。輝度や明るさは主に光に関するものだが、これらの理論はあらゆる電磁波に適用できる。光度や明るさの理論には、簡単に理解できるものもあるが、中には高度な数学や物理学の知識が必要なものもあり、その高度な理論は本稿の対象外である。今回は、輝度と明るさとは何か、その定義、輝度と明るさに関連する計算、その応用、類似性、そして最後に輝度と明るさの違いについて説明する。

光度

フォトメトリーとは、写真、グラフィックデザイン、天文学などの分野でよく使われる用語です。また、文字通りの意味とは別の文脈で使われるケースもある。光度の正しい定義は、単位時間あたりに放射されるエネルギー量である。明るさの単位は「ワット」です。あるいは、ジュール毎秒を使うこともできる。写真の場合、明るさは輝度という意味で使われ、単位面積当たりのカンデラで表される。しかし、天体の明るさは、観測する距離には依存しません。明るさは、対象物が本来持っている性質です。天文学では、星の光度は太陽の明るさ（L0）で測られます。これは3.846×1026Wに相当する。また、明るさは星の絶対的な大きさ、すなわち電磁スペクトルの可視領域の見かけの明るさに相当する。また、単位時間あたりに単位周波数あたりに放射されるエネルギー量として定義される「分光光度」という概念もある。温度Tが一様な表面積aの物体の光度は、E = σAT4で与えられる。σはステファン・ボルツマン定数、温度はケルビン単位で測定されたものである。

輝度

輝度とは、写真や天文学など、光学的な現象を研究する際によく使われる言葉である。輝度とは、通常、可視光線の量を指す。輝度の正式な定義は、電磁波が通過する単位面積あたりに運ばれるエネルギー量である。輝度がLの点状物体を想像してください。これは、1秒間にLワットの放射をすることを意味します。中心から距離rのところに中空の虚球を描くと、その面積は4πr2となる。 したがって、単位面積あたり、単位時間に運ばれるエネルギーはL/4πr2となる。 明るさは、1平方メートルあたりのワット数で測定される。明るさには、放射波と反射波の両方が寄与しています。物体の明るさは、逆二乗の法則に従う。