七色の虹と白い虹

七色の虹

これも虹かな（？）


娘：今日、学校で白い虹っていうのがあると聞いたけど、本当なの？

父：「虹」というと紫から赤までの七色をした半円の輪を思い浮かべるけど、自然界には

　　　　色のつかない虹もあるんだよ。

　　　　「白虹」と呼ばれて、尾瀬などの高山湿原で見られるね。

娘：どうして虹は空だけに現れるの？

父：虹が見えるのは、人が太陽に背を向けたとき、その人の正面のほうに雨などの水滴

　　　が空に浮遊していることが条件だよ。太陽光には様々な色が混ざり合っているの

　　　に、通常それが白く見えるのは光の三原則。

　　　ほら、全部の光が重なると白くなるって学んだよね。ところが、太陽の光が水滴に

　　　あたると、構成しているいろいろな色の光が屈折率に応じて分散するのさ。

　　　それで虹が見えるわけだ。

娘：わかった。水滴がプリズムの役割を果たして光を分散させるのね。

父：そうだ。白虹が見える条件も、自分と太陽と水滴の位置関係でいえば、七色の虹と

　　　同じだよ。七色の虹ではなく、白い虹が見えるのは、その虹をつくりだす水滴が

　　　太陽の光を七色の光に分散させないためなんだ。

娘：どうして分散されないの？

父：虹をつくり出す水滴が、七色の虹ができるときよりも小さくて、光の波長とほぼ同じ

　　　である場合、光はその水滴に対して分散することなく、そのままの白い光で通り抜

　　　けて散乱するんだ。ちなみに光をつくり出す可視光線の波長は、もっとも短い紫が

　　　380ナノメートルから450ナノメートル。もっとも長い赤が620ナノメートルから

　　　750ナノメートルだから、この大きさの水滴だと通り過ぎてしまうんだね。ちなみに、

　　　ナノメートルとは10億分の１メートルのことだよ。

娘：ナノメートルなんて初耳だけど、具体的にはどんな時に白い虹は出やすいの？

父：七色の虹が見えるときの雨粒よりも、もっと小さい水滴が集まると霧になるよね。

　　　つまり、水滴の小さい霧のときに、この白虹が出やすくなるわけだ。

娘：今、思いついたんだけど、白い虹と白い雲は関係あるの？

父：雲が白く見えるのも同じ原理だよ。これらの散乱現象は、ドイツの物理学者グスタフ・

　　　ミー（1869-1957）が研究したことから「ミー散乱」と言われているんだ。

　　　氷の結晶または水滴の大きさが、可視光線の波長と同程度だと、可視光全体が等

　　　しく散乱されることによって白く見えるんだ。

　　　だから、雲は霧の塊と考えれば理解できるかな。

娘：どうして虹はいつも大きな橋のような半円を描いているの？

父：虹は太陽のまわりに丸く作られているんだ。私たちが見ることのできる虹は円の半

　　　分だね。それは、虹が朝や夕方近くにできるからなのさ。朝は太陽が出て、夕方

　　　は太陽が沈んでいくので太陽光が斜めに射すから、僕たちの目には太陽の光が半

　　　分しかとどいていないんだ。虹は太陽が出ている方向の反対側に見ることができ

　　　ると言ったね。実は、虹は円になっていて、輪になっているんだけど地面がじゃ

　　　まをしているんだ。すなわち、虹が半分しか見えないのは地平線があるからなん

　　　だよ。

娘：だから虹はかならず半円でしか見られないのね。

父：いやいや、そうじゃないね。発生条件の難しさからなかなかお目にかかれないけど、

　　　珍しい虹として上空に円形の虹が見られることがあるよ。だから必ず半円とは限

　　　らないんだ。ブロッケン現象といって山の頂上などで見られる虹も丸い虹だね。

娘：丸い虹もあるんだ。もっと珍しい形の虹もあるのかな？

父：あるんだよ。1番目は「2重になっている虹」だ。主虹となる虹にもう一つの虹である副

　　　虹がかかるという一度で二度美味しい虹がある。水滴の中で2回も屈折しているん

　　　だ。副虹は色が薄く全体的に暗めで、主虹と色の順序が逆になっているよ。

　　　二番目に「赤虹」といって、地球にかかる大気の層が、青い光をシャットアウトした

　　　ときに現れる赤い虹だ。主に夕暮れに見られるんだ。

　　　三番目に「幻日」と言って、ダイヤモンドダストに太陽光が反射してできる虹がある。

　　　主に寒い土地のよく晴れた日に見られるね。

　　　四番目に「環水平アーク」と言って、雲が高度約6000mに位置し、太陽の傾きが

　　　58度から68度くらいの時に発生する炎のような虹がある。

　　　五番目は「月虹」だ。月の光で生まれる幻想的な虹で、理想的な発生条件は、暴風

　　　雨が過ぎたあと、満月で雲に遮られていない時にみられるそうだ。

　　　最後は「過剰虹」だ。1つの虹なのに、七色プラスもう一度七色というように虹の繰り

　　　返しができていることがあるんだ。

娘：随分いろいろな形の虹があるのね。知らなかったわ。

父：いずれにしても、虹に出会うとなぜか幸せな気分になるよね。これからもよく観察して

　　　ごらん。

娘：は～い。