シャボン玉が虹色に見えるのはなぜ？
シャボン玉が虹色に見えるのは、薄い膜の表側と裏側ではね返った光が重なり、色によって強め合ったり弱め合ったりするためです。この現象を「光の干渉（かんしょう）」といいます。
シャボン玉の色は、液に虹色の色素が入っているからではありません。膜の厚さや見る角度が少し変わるだけで、目に届く光の色も変わります。
虹色は薄い膜で反射した光が重なって生まれる
シャボン玉は、水とせっけんなどの成分でできた、とても薄い膜に空気を包んだものです。太陽の光や白い照明の光には、赤や緑、青など、さまざまな色の光が含まれています。
その光がシャボン玉に当たると、一部は膜の外側の表面ではね返ります。別の一部は膜の中へ進み、内側の面ではね返って外へ出てきます。私たちの目には、この二つの光が重なって届きます。
光には水面の波のような性質があります。二つの波が重なると、強くなることも、弱くなることもあります。これが「干渉」です。色によって光の波の細かさが違うため、膜で反射した光の中では、ある色が強く見え、別の色が弱く見えます。その結果、透明な膜に虹色の模様が浮かび上がるのです。
なぜ場所ごとに違う色が見えるの？
シャボン玉の膜は、全体が同じ厚さではありません。少し厚い部分もあれば、薄い部分もあります。
膜が厚い場所と薄い場所では、表側と裏側で反射する光が進む道のりに違いができます。その違いによって、強め合う色が変わります。例えば、一つの玉に緑色の帯と赤紫色の帯が同時に見えるのは、場所ごとに膜の厚さが違うためです。
見る方向でも色は変わります。正面から見るときと斜めから見るときでは、光が膜の中を通る道のりが違うからです。シャボン玉の周りを少し移動すると、同じ場所でも色合いが変わって見えることがあります。
色がゆらゆら動いたり、黒っぽくなったりする理由
シャボン玉の表面をよく見ると、色の帯が流れるように動くことがあります。これは膜の中の液が動いて厚さが変わり、その場所で強く見える色が入れ替わるためです。そっと息を吹きかけるだけでも、模様が動くことがあります。
時間がたつと膜の水分が蒸発し、膜は薄くなっていきます。重さで液が下の方へ流れることもあるため、上側は特に薄くなりやすくなります。
膜が非常に薄くなると、目に見える色の光が反射で強まりにくくなり、黒っぽい部分が現れることがあります。黒い色が膜についたのではなく、反射して目に届く光が弱くなった状態です。
空にかかる虹とは何が違う？
空に見える虹とシャボン玉の虹色は、似ていても生まれる仕組みが違います。
雨上がりなどに見える虹は、太陽の光が空気中の水滴に入るときに折れ曲がり、色ごとに進む方向が少しずつ分かれることで生まれます。一方、シャボン玉は、薄い膜の二つの面で反射した光が重なり、色ごとに強め合ったり弱め合ったりすることで色づきます。
そのため、シャボン玉では空の虹のように色がいつも同じ順番に並ぶとは限りません。膜の厚さに応じて、曲がった帯や入り組んだ模様が現れます。
虹色の変化をじっくり観察する方法
飛んでいくシャボン玉を追いかけるより、同じ場所にとどめて眺めると、色の変化が分かりやすくなります。
- 黒い防水トレーなどの上にシャボン玉液を少量広げ、先を液につけたストローでゆっくり息を吹き込み、トレーに接した丸い泡を作ります。
- 白い照明を当てます。光がまぶしいときは、ライトと泡の間にトレーシングペーパーなどをかざし、光をやわらげます。
- 色の帯が現れたら、見る角度を少し変えたり、しばらくそのまま眺めたりして、模様の違いを確かめます。
空気の動きで膜の厚さが変わると、色の帯も動きます。黒っぽい部分が見えたら、その場所の膜がとても薄くなっている目印です。液が口や目に入らないようにし、小さな子どもと観察するときは大人が付き添ってください。