ココがポイント
なぜ虹は７色に見えるのか理由について
虹について語る前に
今までの独学で合格した気象予報士が語る〈雑記〉はこちらから👇
独学で合格した気象予報士が語る 気象予報士試験勉強法①〈雑記〉
独学で合格した気象予報士が語る 気象予報士試験勉強法②〈雑記〉
今回の内容は、気象予報士試験一般知識にも役に立つと思います
みなさんが理解しやすいように、まぐろがわかりやすく教えますので、試験問題や参考書より専門的な知識は持ち合わせてはいませんということも考慮してよろしくお願いします
この旅ブログで使用している写真はすべてまぐろが撮影したものです
今回の虹も山形の大石田駅と東京都の八丈島で撮影しました
虹の仕組みについて
虹といえば７色の光が弧のようにかかるとても美しいものです
いつ虹を見れるか知っている人はいないことからとても幸運に感じる人も多いと思います
少しでも虹が見れるように確率をあげる方法はありませんかまぐろさん！と聞かれたら答えは存在します
いつもまぐろは、その日の天気、雨雲レーダー、太陽の位置から虹が出る日かすぐに見れる可能性があるか即座に確認します
季節は夏がベストで、虹を確実に見るために、その日の天気が急に崩れて晴れたりするいわゆる夕立や通り雨、最近ではゲリラ雷雨、豪雨のタイミングを狙います
天気は基本的には西から東へと変化しますので、現在地点の雨雲が東へ通り過ぎて太陽が顔を出すときがベストです
また、必ず太陽の反対側に虹は現れるので向く方向も自然とわかります
では、虹の仕組みについて見ていきましょう
虹が７色に見える理由の一つに太陽光の中に含まれる可視光線の色が関わっています
太陽の光は複数の光の波長が混ざり合っていることから白く見えます
プリズムなどに光を当てると個々の可視光線が屈折して７色の虹と同じように決まった順番で色が現れます
スケールは大きいですが、小さな円形の雨粒や水滴に太陽光が当たることでプリズムと同じことが起きています
庭のホースや噴水から勢いよく水が出たときに虹がかかるのも仕組みは同じです
ちなみに可視光線とは文字通り人の目に色が映る光のことで、可視光線よりも波長が短いものをお肌の天敵である紫外線、波長が長いものを赤外線通信などよく耳にする赤外線といいます
👆上の図から波長が短ければ紫色になり、波長が長ければ赤色に近づいていきます
また、波長が短い＝屈折率が大きい、波長が長い＝屈折率が小さいという特徴も抑えておきましょう
では、波長の長さと屈折率が虹とどのように関わっているのか見ていきます
主虹の仕組み(通常の虹)
ここでは虹の色をすべて描いてしまうと図がぐちゃぐちゃになってしまうので両端の紫色と赤色の可視光線について見ていきましょう
上側にある水滴に入った太陽光は波長が短い紫色の光は大きく屈折し、波長の長い赤色の光は小さく屈折することから４２度の角度で赤色の光は目に見えますが、紫色の光は屈折しすぎて上の方へ届きます
勘違いしやすいのがもしまぐろがここに描かれていなかったら上は紫色で、下は赤色となり虹の色の順番と逆になるのではないかと思う人がいるかもしれません
そこで今度は、下側の水滴を見てみましょう
太陽光の入射する角度は変わりませんのでそのままで、可視光線の波長も屈折角度も変わりません
唯一変わるのが、波長の短い紫色の光がまぐろの目に届き、波長の長い赤色の光は先ほどの紫色の光と同じようにまぐろには届きません
つまり普段見る虹は空中にある水滴全部に色がつくわけではなく条件を満たしていないと人の目には届かないのです
虹って空高く現れたり、低く現れるのはなぜ？
みなさんは虹の背が高くとても大きく見えたり、背が低くとても小さく見えたりしたことはありませんでしょうか
背の低い虹はスマホでも撮れるけど背の高い虹は画面に収まり切らないのは虹の形が変化しているからです
そして、注目すべきは虹ではなく太陽の動きで、１日に日が昇り、日が沈むこの間に太陽光の角度が変化しています
例えば朝一番に太陽が昇り始めたタイミングで虹が見れたとすると👆上の１枚目のように大きな弧を描きます これは、太陽光が低い位置から上の方へ光が届き屈折するためです
お昼前後は頭の上に太陽が昇ってくるので、太陽光が高い位置から下の方へ光が届き屈折します
👆上の２枚目のように小さな弧を描いて背が低い虹が生まれます
太陽の位置は変化しますが、主虹の屈折する角度が４２度であることに変わりはありません
よって背が高ければ朝か夕方の虹、背が低ければ昼間の虹であることがわかります
二重虹の外側の虹(副虹)について
みなさんはダブルレインボーを見たことはありますでしょうか
普段は１つの虹しか見れないことが多いですが、たまに２つの虹が同時に現れることもあります
そして、よく見ると内側と外側の虹の色の順番が逆さまになっていることに気づきます
どうして二重虹(ふたえにじ)の外側の色は内側と対の色をしているのでしょうか？👆上の図とともに見ていきましょう！
その答えは光の角度にあります
太陽光から私たちの目に届くまでに内側の主虹は４２°に対して、外側の副虹は５０°となっています
副虹は太陽光が水滴に差し込んだときに、主虹と逆方向に光が屈折することによって色が反転します
また、主虹に比べて副虹は屈折する回数が多いため、虹の色がどうしても薄くなってしまいます
今度虹を見つけたときは、お話ししたことを思いだしてみたらもっと虹を楽しむことができますよ！
参考
今回の参考図書と最近のおすすめ本
気象予報士を目指していない方にもおススメできるとてもわかりやすく、独特の天気イラストで楽しめる１冊となっています。著者の荒木健太郎さんは、気象庁の雲研究者としてとても有名な方で気象の知識をわかりやすく解説してくれます。この本は、小学生にも読んで理解して貰えるようにYoutubeに解説動画を上げているので目と耳からも学ぶことができます。とても楽しい１冊なので空が大好きな子にプレゼントで渡したりするもいいですね！
まぐろも観天望気が大好きで毎日空を眺めたりしていますがなかなか出会えない雲や虹などの自然現象と出会えた時はとても感動します。しかし、目で見ただけでは何が起こっているのかわからないことが多く事前に知識がないと区別することはできません。そんなときに「ときめく雲図鑑」は見つけた雲や光がどのようなものか確認するときにとても役に立ちます。雲の図鑑であり、辞典でもあり、写真展でもあり眺めてるだけで楽しいので気分転換の１冊でオススメします。
・世界でいちばん素敵な雲の教室 (世界でいちばん素敵な教室)
こちらも様々な気象現象を写真とともに紹介されているのでとても楽しい１冊です。実は、細かく読むと気象予報士試験に繋がってくる内容が散りばめられています。何と言っても気象庁の雲研究者でお馴染みの荒木健太郎さんが著者です。SNSを駆使した雪結晶観測プロジェクトなど未来に繋がる研究の仕組みについても書かれています。今回は虹の仕組みの確認作業中にお世話になりました。
こちらは、まぐろが天気に興味を持ったきっかけの１冊です。特に、何気ない日常の空を眺めたり、観天望気する際に非常に役に立ちます。また、空をきれいに撮影する方法などカメラを持っている方も興味をそそる内容となっています。勉強やお仕事で疲れたときなど、気分転換の１冊におススメします！
今回はなぜ虹の色が７色に見えるのかについての理由でした
みなさんは虹について少しでも深く理解することはできましたでしょうか？
もし気になることがあればインスタグラム(Instagram)やコメント欄で質問して下さると助かります
こうした大気光学現象はまだまだたくさんありますので手描き資料が完成次第まとめますね
最後までお読みいただきありがとうございました！ (^^♪3
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