動かして見る
無数の水滴がつくる虹
Rainbow
20万の小さな水滴がつくる七色の虹。視点や光を動かすと虹も動き、一粒の中の色までズームできます。
▶ 自分で動かす（視点・光・ズーム）→虹はなぜ見えるのか
水滴と光がつくる、虹の原理
太陽の光は白く見えても、ほんとうは虹の色が全部まざっています。
空気中の小さな雨つぶがその光を曲げて、色に分けて、あなたの目に返す。
それが、虹です。
太陽を背にして、雨のほうを見たときにあらわれます。
正面＋横、同時に。 落下を止め、主虹／副虹を切り替えながら、一粒の水滴の中で色ができる様子を見る ── 仕組みと見え方が一目でつながります。
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なぜ七色に見えるの？
太陽の光は白く見えても、赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の色がまざっています。雨つぶは小さなガラス玉（プリズム）のよう。光が中で曲がるとき、色ごとに曲がり方が少しちがうので、七色に分かれて出てきます。（ほんとうは色と色のさかい目はなく、なめらかに変わっています。）
なぜ太陽の反対側に出るの？
光は雨つぶの中で曲がって、来た方へ戻ってきます。だから太陽を背にして、雨のほうを見たときだけ見える。あなたの影の先（太陽の正反対）が、虹の輪の中心です。太陽が低い朝や夕方ほど大きく見え、太陽が高い真昼は出にくいです。
なぜ丸い（アーチ）の？
どの雨つぶも、太陽の正反対を中心に同じ角度で色を返します。その点を全部つなぐと、ぐるりと丸い輪。地面で下半分がかくれて、アーチに見えるのです。下のアニメで、無数の水滴が虹の輪をつくる様子を動かせます。
2本めの虹（副虹）は？
ときどき外側に、うすい虹がもう1本。これは雨つぶの中で光が2回はね返ったもの。色のならびが内側の虹と逆（外側がむらさき）になります。2本のあいだは少し暗く見えます。
虹のはしっこには行ける？／自分だけの虹
行けません。近づくと虹も逃げていきます。虹は“もの”ではなく、あなたと光と雨つぶの位置でできる角度だから。だからとなりの人は、あなたとは少しちがう、その人だけの虹を見ています。
自分で虹を作ろう
晴れた日、太陽を背にして、ホースや霧吹きで前に水をまいてみて。細かい水しぶきの中に、小さな虹が出ます。本物とまったく同じ仕組みです。
もっとくわしく（角度や数値）
原理 ── ひとことで
虹は「空にある物体」ではなく、光源と観測者の位置関係が空中に描く幾何学です。主虹の場合、反太陽点（自分の影の先）から 40.7〜42.4° の円錐上にある水滴だけが、裏面で1回反射した光を分光して眼に返します（副虹は2回反射で 50.4〜53.5°）。だから光が動けば色の出る位置も動き、自分が動けば虹も逃げる。水滴はそれを見せるスクリーンの粒にすぎません。
主虹と副虹 ── 反射の回数のちがい
水滴に入った光は、入るときと出るときに屈折します（これは2本の虹で共通）。ちがいは、水滴の中で反射する回数です。
- 主虹（内側のはっきりした虹）＝中で 1回反射。約40.7°(紫)〜42.4°(赤)に出て、外側が赤。
- 副虹（外側の淡い虹）＝中で 2回反射。約50.4°(赤)〜53.5°(紫)に出て、色の並びが逆（外側が紫）。
反射が1回増えるたびに光は少し弱まり、帯も広がります。だから副虹は主虹より淡く・約1.8倍太く見え、2本の虹の間は光が届かない暗い帯（アレキサンダーの暗帯）になります。
物理の要点
- 帯：主虹 40.7°(紫)〜42.4°(赤)／副虹 50.4°(赤)〜53.5°(紫)。副虹は約1.8倍太く淡く、間は色のない「アレキサンダーの暗帯」。
- 色：12波長の分光を足し合わせた連続スペクトル（7色の段階ではなく無段階）。
- 色点の位置：主虹＝水滴の縁の 約0.861R、副虹＝約0.951R（最小偏角の入射角から計算した代表値。波長でわずかに変わる）。
- 角度・色・帯の幅はすべて水の屈折率と幾何学から計算。操作で変えられるのは光源・視点・カメラなど、現実でも起こりうることだけ。
この原理でつくられた作品 ── Light Sculpture
このページのシミュレーションは、水の屈折率と幾何学から色の出る角度を計算し、CGで再現したものです。 そして下の映像は、アーティスト Shinichi Maruyama が、空中に舞う本物の水滴を 高速度カメラで実際に撮影しています。写真シリーズ《Light Sculpture》の記録で、 同じ原理を、現実の水の一瞬として捉えたものです。
Light Sculpture #22, 2019
制作の記録 ── note（日本語） ／ Medium（English）
© Shinichi Maruyama / Light Sculpture