概要

虹は観測者の後方に光源（太陽）があり、前方に水滴の壁があるときに見えます
虹は水滴の壁の表層で発生します

虹は主虹と副虹があり、各々どのような原理によるか記載します

主虹

❍　主虹の発生原因

主虹は水滴に入射する光線の「屈折→反射→屈折」した光線です
下左図に水滴に入射した光線の様子を示します
ピンクの光線は拡散していますが、緑の線は拡散せずに射出しているのが分かります
この拡散せずに射出される光線が主虹として観察されます

※　拡散する光線は目に届き難いので、知覚できません
※　入射光線と拡散せずに射出する光線の角度は約40°です

下右図は下左図に示すディテクター（検出器）のエネルギー分布を示します
上５本の光線束（ピンク）は拡散し、最下部の光線（緑）は拡散していない様子が確認できます

❍　色分解の原因

下左図は短波長（青）、中波長（緑）、長波長（赤）の光が水滴に入射した状態です
短波長の光は屈折角が大きく、長波長の光は屈折角が低いので入射端、射出端で色分解が生じます
下左図の青枠は射出端の拡大図ですが、赤に対し青が大きく屈折する様子が確認できます

下右図は僅かに離れた箇所に２本の光線が入射した状態です
観察者から見ると、その２本の光線の延長線上の接点に発光点があるよう観察されます

※　主虹において、長波長の光が外側、短波長の光が内側に見えます

副虹

❍　副虹の発生原因

副虹は水滴に入射する光線の「屈折→反射→反射→屈折」した光線です

※　副虹は主虹と比較し反射回数が１回多いです
　　反射率は１回当たり約3.2％なので、主虹と比較すると明るさはおよそ1/ 30程度になります

下左図に水滴に入射した光線の様子を示します
ピンクの光線は拡散していますが、緑の線は拡散せずに射出しているのが分かります
この拡散せずに射出される光線が副虹として観察されます

※　拡散する光線は目に届き難いので、知覚できません
※　入射光線と拡散せずに射出する光線の角度は約52°です

下右図は下左図に示すディテクター（検出器）のエネルギー分布を示します
下側の光線束は拡散し、最上部の光線が拡散していない様子が確認できます

❍　色分解の原因

下左図は僅かに離れた箇所に２本の光線が入射した状態です
観察者から見ると、その２本の光線の延長線上の接点に発光点があるよう観察されます

※　主虹と比較して反射回数が１回多いので、副虹は長波長の光が内側、短波長の光が外側に見えます