虹とは：色の並びと発生の仕組み、二重虹や文化的象徴

虹の色の並びや光の屈折で起きる発生メカニズム、二重虹の見え方、世界の文化的象徴まで図解でわかりやすく解説。

虹とは、降った雨の中に太陽の光が差し込んだときに見える空の色の弧のことである。外側の赤から始まり、内側のオレンジ、黄、緑、青、藍、紫へと変化していきます。時には、2つ目の大きくて薄い虹が見られることもあります。

虹は、白い光が水滴の中に入って曲がる（屈折する）と、それぞれの色に分かれて反射してできます。虹は実際には円のように丸い。地上では下の部分が隠れていますが、飛行機などの上空では、太陽の反対側の点を中心に円を描いているように見えます。

虹は嵐の後に現れることが多く、多くの文化で平和のシンボルとして親しまれています。

色の並びと角度

主虹（一次虹）では、外側が赤で内側が紫になる順序になります。これは波長の長い赤が屈折で少しだけ小さく曲がり、波長の短い紫はより大きく曲がるためです。主虹は観察者の目から反太陽点（太陽の反対側の点）に向かって約42度の角度に分布します。

二重虹（二次虹）は、光が水滴内部で二回反射して出てくることで生じ、色の並びが逆になります（外側が紫、内側が赤）。二次虹は主虹よりも弱く、中心角は約51度です。主虹と二次虹の間の暗い領域は「アレクサンダーの帯（Alexander's band）」と呼ばれます。

発生の仕組み（もう少し詳しく）

• 白色光が水滴に入ると屈折し、色ごとに角度が異なるため分散（色分解）します。
• 内部で反射し、再び水滴から出るときに再び屈折して観察者の目に届きます。
• 光学的にはスネルの法則に従い、波長依存の屈折率差が虹の色順を決めます。
• 小さな水滴では波の干渉効果が重要になり、主虹の内側に細かい「余分な虹（スーペルヌメラリー・ボウ）」が現れることがあります。これらは干渉によるもので、滴の大きさに敏感です。
• 霧や細かい水滴では色がほとんど消えて白っぽい「霧虹（フォグボウ）」が現れます。

観察条件と特徴

• 虹を見るには、観察者の背後に太陽が位置し、前方に雨や水滴があることが必要です。
• 太陽の高度が低い（地平線近く）ほど円の上半分が見えやすく、太陽高度が約42度を超えると地上から完全な主虹は見えにくくなります。
• 雨滴の大きさが大きいほど虹の色は鮮明になり、幅は狭くなります。滴が小さいと虹は淡く広がります。
• 虹の光は部分的に偏光しており、偏光板を使って観察すると強度や背景の見え方が変わります。

歴史的・科学的背景

虹の光学的説明は17世紀に発展しました。ルネ・デカルトは屈折と内部反射を用いて虹の発生を記述し、アイザック・ニュートンはプリズム実験を通して白色光が色に分かれること（分散）を示しました。現代では波動光学を用いて干渉現象や余弦弁別も理解されています。

二重虹やその他の現象

二重虹は先に述べたように二回反射で生じ、色が逆になります。二次虹は薄く、二つの虹の間が暗く見えるのが特徴です。さらにまれに三重虹やそれ以上が観測されることもありますが、非常に弱く認識しにくいです。

余分な虹（スーペルヌメラリー）は主虹の内側に細い色帯がいくつか並ぶ現象で、これは波の干渉によるもので、滴のサイズ分布によってその数や間隔が変わります。

文化的象徴と例

• 古代ギリシャでは虹は女神イリス（Iris）の道具とされ、天界と地上を結ぶものとされました。
• 北欧神話では虹は神々の橋「ビフレスト（Bifröst）」とされることがあります。
• ユダヤ・キリスト教の伝承では、ノアの物語で虹は神と人間の契約のしるしとされています。
• 現代では虹旗が1978年にギルバート・ベイカーによってデザインされ、LGBTQの多様性と誇りの象徴として世界中で用いられています。また、平和のシンボルとしての虹旗（例：イタリアの「PACE」旗）もあります。
• 日本でも詩歌や絵画で「虹」は儚さ、美しさ、希望、橋渡しなどさまざまな象徴として扱われます。

虹は単に美しい自然現象であるだけでなく、物理学、気象学、文化史を通して多くの示唆を与えてくれます。観察するときは、太陽を直接見ないように注意し（特に裸眼での長時間観察は避ける）、天候の変化を楽しみながら観察してみてください。

質問と回答

Q:虹とは何ですか?

Q:虹はどのように作られるのですか?

Q:虹は丸い形をしているのですか?

Q:虹はいつ頃出ることが多いのですか?

Q:虹は、多くの文化で人気のあるシンボルですか?

Q:虹には普通の虹の他にどんな種類があるの?

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