虹はなぜ7色なのか？

虹がなぜ7色なのか？

雨が止んだ後に晴れると私たちは虹を見つけることができます。
虹は赤～紫の7色であると言いますが、虹はなぜ7色と言われているのかをご存知ですか？

また、虹の下側が何色であるか覚えていますか？
赤が下？紫が下？それとも緑？

そもそも虹の色の並び方は決まっているものだと思いますか？いつも同じ並び方ですか？

今回は、虹はなぜ7色なのか、わかりやすく簡単に解説していきます。

虹の色を見つけたのはニュートン？

まず結論から言います。

虹の色は7色と言いますが本当は数えきれないほどの色があります。
このような虹色のことを連続スペクトルといい、ニュートンが発見し名付けました。太陽の光はほぼ連続スペクトルであるといえます。

ほぼ連続スペクトルというのには理由があります。太陽は水素やヘリウムでできているため太陽によって作られる光の一部は水素やヘリウムが吸収されてしまうのです。

つまり、太陽の光は赤～紫の全ての色を持っているわけではなく一部の色が欠けてしまいます。

光の三原色

さて、光の3原色というものを聞いたことがあるでしょうか。
赤と緑と青の光を足したとき、白色の光ができるというものです。

 

このような図を図工や美術の教科書に載っているのを見たことがありますよね。色々な光が重なることで白色の光は作られています。

虹はこれと逆の現象が起きます。

太陽の光は白色なのですが、その白色の光を色々な色に分散させることで虹色をつくるのです。
3つの光を合わせたら白色になることの逆、白色の光を連続スペクトルに分散させるのです。

「え？太陽の色は白色じゃなくて、少し赤色というか黄色じゃないの？？」

と思った人がいるかもしれません。
それは空が青い理由から説明できることなのですが、今回は省略して太陽の光は白色であると考えます。
どうして色が分散されるのかというと、光の屈折を用いることで説明をすることができます。　

虹の見える仕組み

そもそも。光の特徴として、光は赤色よりも青色の方が屈折しやすいという特徴があります。
この屈折のしやすさが光の色によって異なるので、色が分散し虹色に見えるようになります。　

 

太陽光は水滴に入るときに屈折し赤色よりも青色の方が良く曲がります。雨粒の反対側で反射した光は空気に出るときにもう一度屈折し別々の方向に光が進みます。

この図を見ると「赤が下で青が上なのではないか？」と思ってしまうかもしれませんが、

　

 

この図のように人の目に届く光は「赤色の光が上から・青色の光が下から」であるので、虹の上側が赤く虹の下側が青く(紫色)に見えます。

虹は太陽の光を反射して見えているものであるので、虹は太陽と反対の向き見えます。また、赤色の光が見える角度は約40°強でありその角度も決まっています。虹を見つけるときの参考にしてください。

虹はなぜ7色と言うのか

虹を7色と決めたのはニュートンです。

当時、物理学を含めた様々な自然現象を音楽と関連させることが大事なことと考えられていました。音楽の中でもなぜ音階を考えたのかというと“”虹の色の幅が音階の振動数の幅と似ているから””です。

音階は黒鍵(シャープとか)を含めラ～1オクターブ高いラまで12音階存在していますがドレミファソラシを考えると7つです。12音階の幅ではなく、ドレミファソラシの7つの振動数(Hz：ヘルツ)の幅が虹の色の幅と似ているのです。

なんだか、素敵な考え方ですね。