今さら聞けない“虹ができるしくみ”を図解

How Do Rainbows Form?

雨が降ったあとに現れる虹。太陽の光が水滴に反射してできるということは知られていますが、なぜそれぞれの色がきれいに弧を描くのか、その理由をご存知でしょうか。今回の「SciShow」では、虹ができるしくみを科学的に解説します。

水滴で光はどう反射するか

ハンク・グリーン氏:虹を作るには、3つの材料が必要ですね。太陽の光と、水と、そしてあなたたちです。

おそらく知っていると思いますが、太陽の光は可視スペクトル内のすべての色と、目に見えないたくさんの光の波長で構成されていますよね。

光が1つの媒介物、たとえば空気からもう1つのより濃度の高い媒介物、たとえば水に移動するとき、光は減速し、新しい媒介物に入ったときとは違う角度で出て行きます。これは屈折と呼ばれています。

水の場合には、光は水滴に入ってその内表面に鏡のように反射し、そして鋭角に出て行きます。

色はそれぞれちがう波長を持っていて、その波長が1つ1つ異なる度合いに減速し、ほんの少しずつ違う角度で反射します。

だから、赤い光は太陽光が入ったところから42度の角度で水滴から出て行くことになります。

でも青い光はスペクトルの反対の端っこ付近にあって、その間のどこかにある別の色と一緒に40度の角度で出て行くことになるでしょう。

こうして別々に屈折した光の複合効果が色を散乱させるため、みなさんはそれぞれの色を別々に見ることができるのです。あのレインボーカラーを。

虹は完全な円を形作っている

ここでまた問題が発生します。条件がぴったり揃わなくちゃダメですからね。

太陽の光がみなさんの後ろの低い位置から照っているときしか虹は出ません。太陽の光が、みなさんの前にある空気の中にある雨粒の幕に射し込むとき、それぞれの水滴からみなさんの目に直接届くのはたった1つの色なのです。

だから空の一部では、すべての雨粒がみなさんの目に赤い光を跳ね返すことになるでしょう。その特定の雨粒から出てくるほかの色はすべて、高すぎるか、低すぎるか、あるいは遠すぎてみなさんには見えません。

でも同じ空のほんのちょっと先では、その雨粒から跳ね返っている青い光がみなさんの目に届くことになるのです。

みなさんの目に届く光の特定の波長だけを屈折させているそれらの水滴がすべて合わさって、虹という幻影を作り出すというわけです。

ところでレインボーの「ボー(弓)」を作っているのはなんでしょう。実は虹は完全な円を形作っています。みなさんの視線から40~42度の角度でね。

つまりどの虹を見ているときもつねにみなさんは虹の中心にいるということ。これはすてきな考え方ですよね。でもそれはつまり、地球が虹の下半分をブロックしているせいでいつも上の弧しか見えないということでもあります。

それでも、超ラッキーなスカイダイバーや、パイロット、登山家たちの中には、条件がぴったり揃ったときにちょうど地平線よりもずっと上に位置していたおかげで真ん丸の虹を見ることができた人もいます。

丸い虹ってほんとにあるんですね! でも私はこの地上で虹の半分が見られるだけで十分幸せです。どうもありがとう。

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