虹ができるメカニズム

虹がなぜ七色の橋となるのか、そして稀に見られる二重の虹「副虹」がなぜ主虹とは逆の色の並びになるのか、その科学的なメカニズムを解説します。

今日の豆知識：虹の不思議、なぜ空に架かる七色の橋はいつも決まった色なのか？そして、もう一つの虹の秘密

私たちの心を惹きつける美しい現象の一つに「虹」があります。雨上がりの空に架かる七色のアーチは、まるで希望の象徴のようです。しかし、この神秘的な光景が、実は光の物理的な性質によって引き起こされていることをご存知でしょうか。今回は、虹がどのようにして生まれるのか、そして時には二重に見える虹の秘密について探っていきましょう。

虹ができるメカニズム

虹は、太陽の光が空気中の水滴（雨粒など）によって分解されることで発生します。太陽の光は、私たちの目には白い光に見えますが、実際には様々な色の光が混ざり合ってできています。この混ざり合った光が水滴の中を通り抜ける際に、いくつかの現象が起こり、美しい七色となって現れるのです。

光の屈折と分散、そして反射

• 光の屈折： 光が空気中から水滴の中へ、そして水滴の中から空気中へと進む際に、その進む向きが変わる現象を「屈折」と呼びます。水滴は小さなレンズのような役割を果たしていると考えると分かりやすいでしょう。
• 光の分散： 太陽の光は、赤から紫までの様々な色の光が混ざり合ってできています。水滴の中を通る際、それぞれの色は異なる角度で曲がります。これを「分散」と言います。例えば、紫色の光は最も強く屈折し、赤色の光は最も弱く屈折します。この光の分散こそが、虹が七色に見える主な理由です。
• 光の反射： 水滴の中に入った光は、奥側の内壁で一度反射し、再び水滴の入り口に近い面から外へと出てきます。この水滴内での一回の反射が、主虹と呼ばれる一般的な虹を形成します。

このように、太陽の光が水滴に入り、屈折して色ごとに分かれ（分散）、水滴の奥で反射し、再び水滴から出てくる際に屈折するという一連の物理現象を経て、私たちは虹を見ることができるのです。

虹の色の順番はなぜ決まっているのか？

私たちが普段目にする虹は、外側から「赤・橙・黄・緑・青・藍・紫」という決まった順番で色が並んでいます。この順番は、先ほど説明した光の「分散」の現象によって決定されます。

太陽の光に含まれるそれぞれの色は、異なる波長を持っています。例えば、赤色の光は波長が長く、紫色の光は波長が短いという性質があります。水滴の中を光が通過する際、波長が短い光（紫）ほど大きく曲がり、波長が長い光（赤）ほど小さく曲がります。この屈折率の違いが、それぞれの色が異なる角度で私たちに届く原因となります。結果として、水滴から出てくる光は色ごとに異なる角度で広がり、私たちの目には外側に赤、内側に紫という秩序だった色の並びとして認識されるのです。

もう一つの虹、副虹の秘密

雨上がりの空を注意深く見上げると、稀に、主虹の外側にうっすらともう一つの虹が見えることがあります。これを「副虹（ふくこう）」と呼びます。

副虹の形成と色の逆転

副虹は、主虹とは少し異なるメカニズムで生まれます。主虹が水滴の中で光が一度反射することによって形成されるのに対し、副虹は水滴の中で光が二回反射することによって形成されます。この二回の反射が、副虹の色の並びを主虹と逆にする大きな要因となります。

• 主虹： 外側が赤色、内側が紫色。水滴内で一回反射。
• 副虹： 外側が紫色、内側が赤色。水滴内で二回反射。

光が水滴内で二回反射すると、光の出射角度が主虹とはわずかに異なり、同時に光が失われる量も増えるため、副虹は主虹よりも淡く、ぼんやりと見えることがほとんどです。しかし、その色の並びが主虹と逆になっている点に気づけば、自然の壮大さと光の不思議をより深く感じることができるでしょう。

虹を見るための条件

虹を見るためには、いくつかの条件が必要です。まず、あなたの背後に太陽があり、前方には雨が降っているか、空気中に細かな水滴が豊富にあること。そして、太陽の光が水滴に差し込み、前述の屈折、分散、反射のプロセスを経て、その光があなたの目に届く角度であること。これらの条件が揃ったとき、私たちは空に架かる七色の美しい橋を目にすることができるのです。

虹は単なる美しい景色ではなく、光と水の織りなす科学的な奇跡なのです。次回の雨上がりに虹を見かけたら、その背後にある自然の法則に思いを馳せてみてはいかがでしょうか。