スペクトルとは 可視スペクトルの定義と虹・プリズムによる分散の仕組み
この記事は可視スペクトルについてです。他のすべての用途についてはこちらを参照してください。スペクトル (曖昧性の解消)
スペクトル（複数形：スペクトル）は、バイオレット（紫）、インディゴ（藍）、ブルー（青）、グリーン（緑）、イエロー（黄）、オレンジ、レッド（赤）など、連続的に並ぶ色の帯（色の分布）を指します。日光のような白色光をプリズムなどで分散して白いスクリーンに投影すると、この色の並び、すなわち可視スペクトルを見ることができます。可視スペクトルは、より大きな電磁スペクトルのごく一部で、波長でいうとおおむね約380 nm（紫）から約750 nm（赤）付近に相当します。
自然界での代表的なスペクトルの例が虹です。スペクトルという語は、最初に光学を研究していた科学者たちによって用いられました。彼らはプリズムを使って光を分離したときに生じる可視光の色の並びを、まるで空にかかる虹を小さくしたようだと表現しました。
プリズムや水滴によって白色光が色に分かれる現象は、光の分散の一例です。プリズムの材料は空気と比べて異なる屈折率 n を持っており、通常はプリズム材料の屈折率が空気のそれより大きくなります（空気の屈折率は n ≈ 1 と見なされます）。入射する光線は、境界面で速度が変わるため進行方向が曲がります。屈折角は入射角と屈折率からスネルの法則を用いて求めることができます。
光が各色に分かれる主な理由は、異なる波長の光が材料中で異なる屈折を受けるためです。波長の短い光は一般に屈折率が大きく、より強く曲げられます。たとえば、赤は可視領域で最も長い波長を持ち、材料の表面に対して垂直な線（法線）に最も近い位置に現れることが多く、すなわち最小限に曲げられます。一方、紫（または藍）は波長が短く、より大きく曲げられます。そのため、虹やプリズムで現れる色は常に赤→橙→黄→緑→青→藍→紫の順になります。
虹ができる仕組み（簡潔な説明）は次の通りです：太陽光が雨滴に入るときにまず屈折し、滴内部で一度（あるいは複数回）反射した後に再び屈折して外へ出ます。入射時と出射時の両方で波長依存の屈折が起きるため、色が分かれ、特定の角度で観察者の方向へ強く出てくる色が見えるのが虹です。プリズムでの分散はこの原理と同じく、境界での屈折率の波長依存性（物質分散）に基づきます。
可視スペクトルは一般に連続スペクトルですが、太陽や星の光にはガスや物質による吸収線（フラウンホーファー線など）が入り、特定の波長が弱められることがあります。また、蛍光灯やLEDなどでは特定の波長を強く出すために離散的な線スペクトルに近くなる場合もあります。ニュートンが提唱した「インディゴ」を含む7色の区分は歴史的なもので、現代の目で見ると色は連続しており、区切り方は用途や慣習によって異なります。
補足として、分散は「正分散（一般に波長が短くなるほど屈折率が増す）」が普通ですが、金属の近くや特定の波長領域では「異常分散」と呼ばれる振る舞いを示すこともあります。可視スペクトルの理解は光学、分光学、天文学、光通信など多くの分野で基礎となります。
虹の中のスペクトル
質問と回答
Q: スペクトルとは何ですか?
A: スペクトルとは、紫、藍、青、緑、黄、橙、赤など、いくつかの色の帯のことです。太陽の光をプリズムに通し、白いスクリーンに集めると見ることができます。
Q: 分光学とは何ですか?
A: 分光学とは、スペクトルを研究することです。
Q: 白色光を構成する色に分離する原因は何ですか?
A: 波長の短い光は波長の長い光よりも屈折するため、白色光は色に分かれる。
Q: スネルの法則はどのように屈折角を決定するのか?
A: スネルの法則は、入射角と屈折率を用いて屈折角を決定します。
Q: なぜ赤は表面材に垂直な線に最も近い位置に見えるのか?
A: 赤は可視光線の波長が最も長く、プリズムを通過する際に最も曲がらないため、この線に最も近く見えるのです。
Q: プリズムでできる虹には必ず順番があるのでしょうか?
A:はい、プリズムでできる虹は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫の順で必ず出ます。
