虹が形成される原理は何ですか?虹が曲がる原因は何ですか?

こんにちは、またお会いしました。今日は、Interesting History の編集者が虹についての記事をお届けします。気に入っていただければ幸いです。

虹は、天虹（客家語）、天虹、深紅などとも呼ばれ、気象学における光学現象です。太陽光が空気中の水滴に当たると、光は屈折して反射し、空にアーチ状のカラフルなスペクトルを形成します。外円から内円にかけて、赤、オレンジ、黄、緑、青、藍、紫の7色になります。実際、虹には無数の色があり、たとえば赤とオレンジの間には微妙な違いがたくさんありますが、わかりやすくするために、区別には 7 色だけを使用しています。

虹はどうやってできるのか

虹は、太陽光が空気中の小さなほぼ球形の水滴に当たり、分散と反射を引き起こすことで形成されます。太陽光が水滴に入ると、同時に異なる角度で入り、水滴内でも異なる角度で反射されます。反射は 40 度から 42 度の間で最も強くなり、私たちが目にする虹が発生します。

この反射が起こると、太陽光は水滴に入り、一度屈折し、次に水滴の裏側で反射し、最後に水滴から出るときにもう一度屈折し、合計で 1 回の反射と 2 回の屈折が起こります。水は光に対して分散効果を持つため、異なる波長の光の屈折率は異なります。赤色光の屈折率は青色光の屈折率よりも小さく、青色光の偏向角は赤色光よりも大きくなります。

光は水滴内で反射されるため、観察者に見えるスペクトルは反転し、赤色光が上部に、他の色が下部に表示されます。そのため、虹とネオンは高さが異なり、色の重なり順も全く逆になります。虹は光が 2 回屈折して 1 回反射することを意味し、ネオンは光が 2 回屈折して 2 回反射することを意味します。

虹はなぜ曲がっているのでしょうか？

理由 1: 異なる色の光は水滴上で異なる度合いで屈折します。

Guokr.com によれば、空にある小さな水滴はすべて円形に並んでいるそうです。円上の水滴、太陽、人間の目の相対的な位置が同じである場合にのみ、これらの水滴から屈折した色の光が人間の目に投影されます。これらの水滴によって生成された色の光が組み合わされると、人々は色とりどりの光の帯を見ることができます。

光が水滴を通過するときに曲がる度合いは、光の波長（つまり色）によって異なります。色ごとに特定の屈折角度があります。太陽の赤い光は 40 度の角度で屈折するため、各色は空の異なる位置に現れます。

理由2: 地球は丸い

地球の表面は湾曲しており、厚い大気に覆われているため、雨が降った後の空気中の水分量は通常よりも高く、太陽光が空気中の小さな水滴に当たると屈折が起こります。同時に、地球の表面の大気は曲面であるため、太陽光が表面で屈折して、私たちが目にする弧状の虹が形成されるのです。