ダブルの虹が見えた？二重の虹と光の屈折と反射が織りなす、空のキャンバスの科学

桑子研

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

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「あ、虹だ！」

雨上がりの空に、突如として現れる七色のアーチ。その美しさに、思わず足を止めて見上げてしまうのは、きっと誰もが経験したことのある感動ではないでしょうか。先日高速で車を走らせている時に、虹にであいました。

特に、その虹の外側に、もう一つ、うっすらと色の並びが逆になった虹が見えたとしたら…それはまさに、自然が私たちに見せてくれる最高のサプライズですね。

そう、これはダブルレインボー、内側が「主虹（しゅこう）」、そして外側のうっすらとした方が「副虹（ふくこう）」と呼ばれる、大変珍しい現象なんです。

よーく見てみると、面白いですよ。主虹と副虹で色の並びが異なりますよね。主虹は内側が青、副虹は内側が赤となっています。

この美しい光景は、一体どのような科学の仕組みで生まれているのでしょうか？そして、この感動を、どうすれば教室の子どもたちに伝え、一緒に体験できるでしょうか？今回は、虹ができるメカニズムを深掘りし、さらに皆さんの授業準備に役立つ、簡単な虹の作り方もご紹介します！

虹の基本原理：水滴が織りなす光の魔法！

空に虹がかかるのは、まるで魔法のようですが、その正体は、空気中に漂う小さな水滴が、太陽の光を「分光」する働きをしているからなんです。この水滴は、まるで理科の実験で使うプリズムのような役割を果たしています。

太陽の光は、実はさまざまな色の光（赤、橙、黄、緑、青、藍、紫）が混ざり合ってできています。この白っぽい光が水滴の中に入るとき、そして出ていくときに、ある特別な現象が起こります。

屈折（くっせつ）: 太陽光が空気から水滴の中に入るとき、光の進む向きが変わります。面白いことに、色によって曲がる角度が少しずつ違うんです。例えば、紫の光は赤の光よりも大きく曲がります。
反射（はんしゃ）: 水滴の中に入った光は、水滴の奥の面で一度跳ね返ります。
再び屈折: 反射した光が水滴から空気中に出ていくとき、もう一度曲がります。

この「2回の屈折」と「1回の反射」という一連のプロセスによって、太陽光は色ごとにきれいに分かれ、私たちは空に七色の帯を見ることができるのです。

主虹と副虹：反射回数の違いが作る二つのスペクトル

先ほどご紹介した主虹と副虹は、この水滴の中で光が「何回」反射するかによって生まれる、光のスペクタクルです。

主虹（しゅこう）の秘密

私たちが普段目にする、最もはっきりとした虹が主虹です。

反射回数: 水滴の中で光が1回だけ反射して私たちの目に届きます。
見える位置: 太陽とは反対の方向、おおよそ40〜42度の角度に見えます。
色の並び: 外側から赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の順に並んでいます。
明るさ: 1回の反射なので、光のエネルギーの損失が少なく、はっきりと明るく見えます。

副虹（ふくこう）の秘密

主虹の外側にうっすらと見えるのが副虹です。

反射回数: 水滴の中で光が2回反射して出てくる光によって見えます。
見える位置: 主虹のさらに外側、おおよそ50〜53度の角度に見えます。そのため、主虹よりも少し広い範囲に現れるため、外側に現れるのです。
色の並び: 2回反射することで、光の進む経路が変わり、色の順番が主虹とは逆になります。外側から紫、藍、青、緑、黄、橙、赤の順です。
明るさ: 2回反射する分、光のエネルギーが失われるため、主虹よりも暗く、うっすらとしか見えません。だからこそ、見つけると「おお！」と感動するわけですね。

太陽の位置と虹の見え方

虹は、太陽を背にして立ったときに、水滴が浮かんでいる空の反対側に現れます。太陽が低い位置にある（例えば、朝や夕方）ほど、虹は高く大きく見えやすくなります。逆に、太陽が高い位置にある昼間は、虹が見えにくくなります。これは、虹が見える角度（主虹なら約40〜42度）の関係で、太陽が高いと虹が地平線の下に隠れてしまうためです。

これは別の時に見た虹の様子です。