二重の虹の写真を見ると、明るい虹の外に、もう一本うっすらとした帯が見えることがあります。外側の虹を、内側の虹のコピーとして同じ色順で塗ってしまうと、実際の並びと合いません。ふつうの主虹は外側が赤、内側が紫。外にできる副虹は、その逆で内側が赤、外側が紫になります。
ここでは「空の上から何色か」と暗記するより、虹の円の中心から遠い側を外側、近い側を内側と決めます。虹の右端や左端では、紙面の上下と内外が一致しないからです。写真全体の形を確かめてから、色の帯へ目を移しましょう。
同じ太陽光でも、水滴の中の道が違う
主虹に届く光は、水滴へ入るときに屈折し、水滴の中で一度反射してから、外へ出るときに再び屈折します。副虹に関わる光は、水滴内で二度反射して出てきます。虹の頂上付近を例にすると、主虹では水滴の上側から入り下側から出る光、副虹では下側から入り上側から出る光を考えます。水滴内を回る向きが逆になるため、目へ届く方向と色の並びも変わります。反射回数の数字だけでなく、通る道の違いまで読むことが大切です。
副虹は、主虹を空に置いた鏡が映したものではありません。同じ雨の範囲にある水滴から、別の道筋を通って目へ届いた光による虹です。水滴の中に色の付いた液体が二種類あるわけでもありません。太陽光に含まれる色が、屈折の違いによって分かれます。
本稿の図は、見える帯の配置を整理したものです。光線の折れ曲がる角度を計算する図ではありません。主虹と副虹の位置と色順を扱う図、そして水滴の内部の経路を扱う図は、縮尺も読み方も異なります。
「外側」を先に決める
虹を円の一部分として見ると、二本の弧の中央付近に共通の中心があると考えられます。その中心から外へ進んだとき、主虹の帯を紫から赤へ横切り、さらに進むと副虹を赤から紫へ横切ります。二つの虹が向き合う側は、どちらも赤です。
虹の頂上付近だけを切り出した写真なら、上から副虹の紫、赤、間の空、主虹の赤、紫という順序になります。しかし、これをどの場所でも「上が紫」と覚えるのは危険です。左端を横切る線では、外側は左寄りになります。図が回転しても使える言葉を選びます。
色の境界は、塗り絵の線のように完全に区切られているとは限りません。写真の明るさや雲の背景によって一部の色が分かりにくいこともあります。見えなかった色を、光の中に存在しなかった色だとすぐ決めないことも必要です。
例題1 中央から外へ、赤はどこにある？
二重の虹を円弧の模式図にしました。中心から外向きに引いた線が、主虹と副虹を順番に横切っています。それぞれの帯の両端だけに赤と紫を書き込むと、中心に近い方からどの順になりますか。
答え・解説： 主虹の紫、主虹の赤、副虹の赤、副虹の紫の順です。主虹では赤が外側、副虹では赤が内側なので、二つの帯の間に近い端が赤になります。この問題は、虹の間が赤く塗られるという意味ではありません。二本の虹の端の色を並べています。
上から順に読むと混乱した場合は、いったん紙を回しても変わらない「中心から遠い側」という基準に戻します。地図の左右と東西を区別するように、図の置き方に左右される向きと、現象の中で決まる向きを分ける練習です。
例題2 写真に副虹が写らなかった
同じ時刻、同じ場所で撮った二枚の写真があります。Aは空全体が白っぽく明るく写り、Bでは雲の濃淡がはっきり写っています。Bには副虹の薄い帯が見えますが、Aでは確認できません。「Aを撮った瞬間には、水滴内で二回反射する光がなかった」と言い切れるでしょうか。
答え・解説： 言い切れません。写真で帯を見分けられるかには、明るさの設定や背景との明暗差が関係します。副虹は主虹より弱く見えることが多く、同じように光が届いていても、写真の条件によって目立たなくなる可能性があります。今回の記録だけで、反射の経路自体がなくなったとは判断できません。
二枚を比べるなら、撮影の向きや画角、明るさの調整が同じかも調べます。「写らない」という結果は、現象がない場合と、記録できなかった場合の両方を含みます。これは、副虹がどんなときでも必ず存在すると言うことでもありません。分かる範囲を越えて否定も肯定もしない、という読み方です。
二本ある理由と、見つける方向をつなぐ
主虹と副虹は、どちらも太陽と反対側の雨のある方向で探します。二本目だけ太陽の方へ探しに行くわけではありません。ただし、雨があることだけで二重の虹が必ず見えるわけでもありません。日光が雨粒に届くこと、観察者へ適切な方向の光が届くこと、十分に見分けられることが関係します。
写真を説明するときは「外側にも虹がある」で終わらず、色の逆転まで確かめると、主虹・副虹の区別に根拠ができます。太陽を直接見て位置を確かめる必要はありません。安全に影や方角を手がかりにして、虹のある側を観察してください。
基本の配置は太陽・水滴・見る人と虹、光の色を区別する練習は光源と色フィルターにつながります。