2013年8月03日PM8時32分更新

虹が七色になる理由


虹はなぜ七色なのか

虹色になる訳

可視光には波長の範囲があります。赤い光の成分が波長が長く、紫の光の成分の波長は短くなります。その為、水滴に差し込んだときに屈折する角度、水滴の中で反射する位置、光が水滴から抜ける時の屈折する角度が微妙に異なります。この仕組みによってそれぞれの色の成分の光が見えるのです。

屈折と反射

虹は普通は二本でる~主虹と副虹~

厳密に言うと虹は主虹と副虹という2本の光のアーチが現れるのが普通です。一般には単に虹と言った場合は主虹を指す意味になると思われます。

水滴に進入した光は、まず屈折します。そして水滴の逆側の壁で反射され、別な方向へ進み、水滴を抜ける際にまた屈折します。主虹はこの一回反射の光によって作り出されます。水滴の中では反射は一回とは限りません。2回水滴内部で反射を繰り返す場合があります。屈折、反射の工程が増えるのです。この反射二回の光によって副虹が作り出されます。普通は主虹ははっきりしていて、副虹はぼんやりしています。副虹が薄いのは水滴内を2回通るため、光が散乱されてしまい光の届く量が少なくなるためです。ほとんど見えない場合もあります。

副虹

水滴一個づつからは角度の条件から一つの色の光が届きます。水滴は無数にありますので無数の水滴からそれぞれの条件で屈折反射してきた光の成分が集まり届くことで様々な色を見ることができます。主虹の場合は紫色が上で赤が下になります。副虹は二回反射するので色の積み重ねの順番は逆になり、赤が上で紫が下になります。

太陽を背にしてホースなどで水を撒くと虹が現れますが、空に見える虹と仕組みは同じです。ホース虹でも条件が整えば主虹、副虹をしっかり認識することが可能です。

虹は角度の産物

虹が現れるには太陽の高さ、水滴の高さ、観測者の高さがつくる角度の条件(太陽を背にしている事も条件です)があります。太陽光の進行を直線の辺とした場合、太陽光が入ってくる辺と水滴で反射する光の辺がなす角度が40°~42°になった時(主虹の場合。副虹は約50°)に観測者には虹が見えます。(逆に言うと虹が見えるときはその条件が整っているということです)

虹の大きさ

その為、夕方など、太陽光が水平に近い角度で進入してくる場合は虹が直立することになり、高く大きく見えます。逆に太陽光の進入角度が大きいと虹は結果的に寝てしまう為、低く小さく見えることになります。夕立の後に見える大きな虹はこのような仕組みによるものです。

虹がアーチ上に見えるのも角度が理由となります。観測者を起点として、左右上下に同じ角度で遠くに点を置いていくとその点は円弧つまりアーチになります。飛行機などに乗っている場合はアーチではなく円環状に虹が見えることもあります。