虹はどうしてできる？雨上がりに見えるしくみ
雨上がりに虹が見えるのは、太陽の光が空気中の雨粒に入り、折れ曲がったり、雨粒の内側ではね返ったりするためです。その光が色ごとに分かれて目に届くと、空に色のついた弓のような形が見えます。
虹が見えるには、太陽の光と空気中の水滴に加えて、見る人と太陽、雨粒の位置関係が大切です。
虹は太陽の光と雨粒からできる
太陽の光は、見た目には白っぽくても、いろいろな色の光が重なっています。雨が降ると、空中にはたくさんの小さな水滴ができます。その水滴に日光が当たると、光の進む向きが変わり、色が分かれて見えることがあります。これが虹です。
虹は雨が降った直後だけの現象ではありません。自分がいる場所では雨がやんでいても、少し離れた空に雨粒が残っていれば、虹が見える場合があります。雨が降っている最中でも、日光が雨粒に届けば虹が現れます。
雨粒の中で光はどう進むの？
一つの雨粒に入った太陽の光は、主に次のような道筋をたどって目に届きます。
- 光が空気中から雨粒の中へ入るとき、進む方向が曲がります。これを「屈折（くっせつ）」といいます。
- 雨粒の奥まで進んだ光の一部が、内側の表面ではね返ります。これが「反射（はんしゃ）」です。
- はね返った光が雨粒の外へ出るとき、もう一度屈折して、見る人の目へ向かいます。
雨粒の中で屈折と反射をした光が、空のあちこちにある雨粒から届くことで、虹が見えます。
どうしていろいろな色に分かれるの？
光は色によって、雨粒の中に入るときや出るときの曲がり方が少しずつ違います。そのため、一緒に進んでいた太陽の光が、色ごとに違う方向へ分かれます。こうして光が色に分かれることを「分散（ぶんさん）」といいます。
ふつうの虹では外側が赤、内側が紫色に見えます。色は少しずつ連続して変わっていて、くっきりした線で区切られているわけではありません。
虹を探すなら太陽を背にする
虹は、太陽が見える方向とは反対側の空に現れます。太陽の光が雨粒に当たり、曲がってはね返った光がこちらへ届くためです。虹を探すときは、太陽を背にして、雨が降っている方向を見てみましょう。
例えば、午後に太陽が西の空にあれば、虹は東側に見えることがあります。朝、太陽が東側にある場合は、その反対の西側を探します。ただし、反対側に雨粒があり、そこへ日光が当たっていることが必要です。
太陽が低い朝や夕方は、虹が空の高いところまで見えやすくなります。太陽が高いと、虹の見える部分は地平線に近づき、見つけにくくなります。
虹が丸ではなく弓の形に見える理由
虹の光は、どの方向の雨粒からでも同じように目へ届くわけではありません。太陽と反対の方向を中心に、決まった角度にある雨粒からの光が強く目に届きます。その方向にあるたくさんの雨粒が、円を描くように並んで見えるため、虹は曲がった形になるのです。
虹は本来、円を描くように見える現象ですが、地上からは地面より下の部分が隠れるので、多くの場合は弓の形に見えます。飛行機などの高い場所から、条件がそろえば円い虹が見えることもあります。
虹が二重に見えることがあるのはなぜ？
ときには、明るい虹の外側に、もう一本、薄い虹が見えることがあります。これが二重の虹です。
内側の明るい虹は、光が雨粒の中で主に一回反射してできます。外側の薄い虹は、光が雨粒の中で二回反射してから出てくることでできます。そのため外側の虹では、内側の虹と色の並びが逆になり、赤が内側、紫が外側に見えます。
まとめ
虹は、太陽の光が空中の雨粒に入って屈折・反射し、色ごとに分かれた光が目へ届くことで見えます。雨上がりに太陽が出たら、太陽を背にして反対側の雨のある空を探すと、虹に出会えることがあります。