太ようの 光は、じつは いろいろな 色が まざった 光だ。この 光が、空気の中の まるい 雨つぶに あたると、水の 中に 入る ときに 少し むきが かわる(これを「くっせつ」と いう)［1］。色に よって まがる 大きさが すこし ちがうので、光が いろんな 色に わかれる［1］。わかれた 光は、雨つぶの 中の かべで はねかえって、もう 一ど くっせつしながら 外に 出る［1］。これが たくさんの 雨つぶで おきると、色の おびが 見えるのだ。

太陽の光は、じつはいろいろな色が混ざった光だ。この光が、空気の中の丸い雨粒にあたると、水の中に入るときに少し向きが変わる(これを「屈折」という)［1］。色によって曲がる大きさが少し違うので、光がいろんな色に分かれる［1］。分かれた光は、雨粒の中の壁ではねかえって、もう一度屈折しながら外に出る［1］。これがたくさんの雨粒で起きると、色の帯が見えるのだ。

太陽光は、複数の波長の光が混ざった白色光である。この光が空気中の球形の雨粒に入射すると、境界面で屈折する。屈折率は光の波長(色)によってわずかに異なるため、この時点で光は色ごとに分かれはじめる(分散)［1］。分かれた光は雨粒内部の面で反射し、雨粒から出る際にもう一度屈折する［1］。1つの雨粒からは1つの色の光しか観測者の目に届かないが、無数の雨粒それぞれから異なる色の光が届くことで、全体として虹という色の帯が見える［1］。

にじは、太ようと はんたいの がわに、いつも おなじくらいの かどで あらわれる［2］。1637年、フランスの がくしゃ デカルトは、水を いれた まるい ガラスの いれものを つかって、この かどを たしかめた［2］。けいさんと じっけんの りょうほうから、その かどは やく42どだと わかった［2］。デカルトは、なぜ 色が つくのかも じぶんなりに かんがえたが、その せつめいは ただしくは なかった［2］。

虹は、太陽と反対の側に、いつも同じくらいの角度で現れる［2］。1637年、フランスの学者デカルトは、水を入れた丸いガラスの容器を使って、この角度を確かめた［2］。計算と実験の両方から、その角度はおよそ42度だと分かった［2］。デカルトは、なぜ色がつくのかも自分なりに考えたが、その説明は正しくはなかった［2］。

虹は、太陽・雨粒・観測者を結ぶ角度が一定の範囲になる位置に現れる。1637年、フランスの哲学者・数学者ルネ・デカルトは『方法序説』に収められた「気象学」の中で、水を満たした丸い透明なフラスコを使って光の道筋を検証し、主虹が太陽と反対側およそ42度の位置に見えることを幾何学的に計算し、実験でも確かめた［2］。もっとも、色が生じる理由については、光の粒子の回転の違いによるという独自の説明を試みたものの［2］、これは後にニュートンが示すような、光の波長ごとの屈折率の違いという原理とは異なるものだった［1］。

デカルトから すこし あとの じだいに、イギリスの ニュートンは、三かくの ガラス「プリズム」を つかった じっけんを した［3］。白い 光を プリズムに とおすと、にじ色に わかれる。わかれた 光を、べつの プリズムで もう一ど まとめると、もとの 白い 光に もどる ことを しめした［3］。これで、白い 光は、もともと いろんな 色が まざった ものだと わかったのだ［3］。

デカルトから少しあとの時代に、イギリスのニュートンは、三角のガラス「プリズム」を使った実験をした［3］。白い光をプリズムに通すと、虹色に分かれる。分かれた光を、別のプリズムでもう一度まとめると、もとの白い光に戻ることを示した［3］。これで、白い光は、もともといろんな色が混ざったものだと分かったのだ［3］。

アイザック・ニュートンは、三角柱のガラス「プリズム」を用いた一連の実験によって、この謎に決着をつけた。プリズムに太陽光(白色光)を通すと虹色の帯(スペクトル)に分かれる。ニュートンはこの分かれた光を凸レンズで一点に集めることで白色光に戻せることを示し、さらに別の実験では、分かれた光を第二のプリズムに通して再合成することでも白色光に戻ることを確かめた［3］。これらの実験により、白色光はもともと複数の色の光が合わさったものであり、プリズムや雨粒はそれを分けて見せているにすぎないことが明らかになった［3］。

にじの 外がわに、うっすらと もう 1本、べつの にじが 見える ことが ある。これを「ふくにじ」と いう［4］。ふつうの にじ(「しゅにじ」と いう)は、外がわが 赤、内がわが むらさきだが、ふくにじは、色の ならびが ぎゃくに なって いる［4］。これは、雨つぶの 中で、光が 2かい はねかえって いるからだ［4］。

虹の外側に、うっすらともう1本、別の虹が見えることがある。これを「副虹(ふくにじ)」という［4］。ふつうの虹(主虹)は、外側が赤、内側が紫だが、副虹は、色の並びが逆になっている［4］。これは、雨粒の中で、光が2回はねかえっているからだ［4］。

条件がそろうと、主虹の外側、太陽・雨粒・観測者のなす角度がおよそ50〜53度の位置に、「副虹」と呼ばれるもう1本の虹が見えることがある［4］。主虹は外側が赤・内側が紫の順に並ぶが、副虹は雨粒内部で光が2回反射するため、色の並びが逆転し、外側が紫・内側が赤になる［4］。反射の回数が増えるごとに光は弱くなるため、副虹は主虹より薄く見える。

にじは、どこかに おいてある「もの」では ない。じぶんの 目と、太ようと、雨つぶの ならびで、たまたま 見えて いる 光だ［5］。だから、にじの ほうに あるいて いっても、見えて いる 雨つぶは かわりつづけて、けっして たどりつけない［5］。となりに いる 人が 見て いる にじは、じつは じぶんが 見て いるのとは、すこし ちがう にじなのだ［5］。

虹は、どこかに置いてある「もの」ではない。自分の目と、太陽と、雨粒の並びで、たまたま見えている光だ［5］。だから、虹のほうに歩いていっても、見えている雨粒は変わりつづけて、けっしてたどりつけない［5］。となりにいる人が見ている虹は、実は自分が見ているのとは、少し違う虹なのだ［5］。

虹は特定の場所に存在する物体ではなく、観測者の目・太陽・無数の雨粒という3者の位置関係によって、そのつど作り出される光学現象である［5］。観測者が移動すれば、条件を満たす雨粒の組み合わせも変化するため、虹は常に観測者から一定の角度を保ったまま「逃げて」いくように見え、決して到達することができない［5］。同じ理由で、隣に立つ人が見ている虹は、厳密には自分が見ている虹とは異なる雨粒によって作られた、別の虹である［5］。

天気の いい 日に、太ようを せなかに して、ホースや じょうろで 水を こまかく まいて みよう。太ようの ぎゃく がわに、小さな にじが 見える ことが ある。水の つぶが、雨つぶの かわりに なって いるのだ。

天気のいい日に、太陽を背にして、ホースやじょうろで水を細かくまいてみよう。太陽の逆側に、小さな虹が見えることがある。水の粒が、雨粒のかわりになっているのだ。

晴れた日に太陽を背にして、ホースやじょうろで細かい水を噴霧してみよう。太陽の反対側に、小さな虹が現れることがある。天然の雨粒のかわりに、人工的に作った水滴が同じ役割を果たしている。角度や自分の位置を変えると、虹の見え方がどう変わるかも観察してみよう。