20010112　虹の内側

　先日、虹について書いた$^{*1}$。虹の写真を見ると虹の内側が明るい$^{*2}$。これは虹の外側が暗く見えるのか虹の内側が明るく見えるのか、どちらかである。

　どうも内側が明るく見えるようだ。虹が見える$^{*3}$のは、太陽の光が空中に浮かぶ水滴に屈折反射して見える。水滴に入る太陽の光の角度がある条件を満たすと水玉がプリズムのような働き$^{*4}$をして太陽の光を七色に分ける。

　プリズム$^{*5}$の場合、太陽の光が七色に別れた様子はプリズムを通過した光を白い紙に映して初めて見える。白い紙の代わりに自分の目を持っていっても虹は見えない。大型スクリーン用のビデオ映写機やスライド映写機を直接見ても眩しいだけで画像が見えないのと同じで、プリズムの場合も目の位置によって光が赤く見えたり青く見えたりするだけである。

　虹の場合$^{*6}$、空には白い紙のスクリーンはないのでプリズムの光を紙に映したとは違う原理で七色が見えている。水滴も空中に巨大な水滴が1箇しか浮いていなかったらプリズムと同じで、手元に白い紙を持ってくれば虹が見えるかもしれないが、そうでなかったら、見えるとしても赤とか青の単色しか見えないだろう。これは先程のプリズムの見え方と同じことである。

　実際は虹が見えるときには空中に無数の水滴が浮いていて、それぞれの水滴の位置が自分の目から見て赤に見える条件にあった場合はその水滴は赤く見え、青く見える条件にあったときは青く見える。水滴は無数にあるのでそれが同時に起こる。それで虹が見えるのである。水滴は止まっていても動いていても同じである。

　では何故、虹の内側が明るく見えるのか。明るく見えるということは光が沢山目に入ってくるということである。虹に見える光は水滴の中を通過してくるので光が屈折して七色に別れる。しかし単に反射する場合は色が分かれない。虹の内側で見えている光は、水滴の表面で反射した光であろう。また水滴の内部に侵入した光でも反対側で反射した光もあるだろう。この色が分かれずに反射した光によって虹の内側が明るく見える。虹の外側だと反射して自分の目に入るためには角度が大きくなり過ぎるため、太陽の光が反射してこない。

　結局、太陽の光が七色に分かれずに反射して目に入って来る角度の条件と全然反射しない条件との丁度境目で虹が発生していることになる。

*1　20001211　虹(2)
*2　niji05.jpg
*3　虹と暈
*4　こねっと・ワールド／自然現象のおこり
*5　虹スクリーン」で教室に虹を
*6　ビーズでどこでも虹 -【虹色実験室】