【虹を作ろう！】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
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
「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、高速道路を走らせている時に、私も素晴らしい虹に出会いました。
実は、虹はただの美しい光景ではありません。空に浮かぶ数え切れないほどの小さな水滴たちが、太陽の光を丁寧に仕分けて見せてくれる、壮大な光の実験ショーなのです。
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。今回は、そんな「ダブルレインボー」の秘密に迫ります。
幸運のサイン！ダブルレインボーの正体
写真のように二重になった虹をダブルレインボーと呼びます。内側のくっきりした虹を主虹（しゅこう）、そして外側のうっすらとした虹を副虹（ふくこう）といいます。これ、ただ二つ並んでいるだけではないんです。よーく観察してみてください。主虹と副虹では、色の並びが完全に逆転しているのがわかりますか？主虹は「外側が赤で内側が青」ですが、副虹は「外側が青で内側が赤」になっています。この不思議な現象、実は光の「反射の回数」が鍵を握っているのです。
水滴がプリズムに！虹ができる科学の仕組み
空に虹がかかる仕組みは、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です。この水滴一つひとつが、理科の実験で使うプリズムと同じ役割を果たしています。太陽の光は、一見すると白っぽく見えますが、実は赤から紫まで、あらゆる色の光が混ざり合ってできています。この光が水滴の中を通過するときに、以下のドラマが繰り広げられます。
１．屈折：太陽光が空気から水滴に入るとき、光の進む向きが曲がります。このとき、紫の光は大きく曲がり、赤の光は小さく曲がるという性質があるため、色が分かれ始めます。
２．反射：水滴の奥まで届いた光は、鏡のように一度跳ね返ります。
３．再び屈折：反射した光が水滴から出るとき、もう一度曲がります。
この「2回の屈折」と「1回の反射」を経て私たちの目に届くのが、私たちがいつも見ている主虹なのです。
なぜ副虹は色が逆さまなの？
では、なぜ外側の副虹は、色が逆転してうっすらと見えるのでしょうか？その理由は、水滴の中での反射回数にあります。副虹は、なんと水滴の中で光が「2回」反射してから出てくるのです。２回反射することで光の経路がひっくり返るため、主虹とは反対の色の並びになります。また、反射の回数が増える分だけ光のエネルギーが弱まってしまうため、副虹は主虹よりも暗く、はかなく見えるわけですね。
イラスト付きではこちらのサイトなどをご覧いただくとわかりやすいと思います。
ちなみに、主虹と副虹の間が、他の空の色よりも少し暗く見えることがあります。これは「アレキサンダーの暗帯」と呼ばれる現象で、光が届きにくいエリア。ダブルレインボーを見つけたら、ぜひその「色の濃さの違い」にも注目してみてください。
自分で虹を「発明」してみよう！
虹の仕組みがわかったら、今度は自分で作ってみましょう！
虹を探す時の鉄則は、太陽を背にして立つことです。太陽が低い位置にある朝や夕方は、虹が大きなアーチを描きやすくなります。逆に、太陽が高い昼間は、虹が地面の下に隠れてしまうため、なかなか出会うことができません。以前、私が撮影した虹の様子もご覧ください。
さらに拡大すると、光の重なりがより鮮明に見えてきます。
家庭で虹を作る方法はとても簡単です。晴れた日に太陽に背を向け、ホースのノズルをシャワー状にして、自分の影の方向に水をまくだけ！
うまくいくと、このように手元に小さなダブルレインボーが現れます。自分で作った虹で、色の順番を確認するのは最高の科学体験になりますよ。
これからの季節、晴れ間が見えたらぜひお庭や公園で「自分だけの虹」を作ってみてくださいね！
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