虹の中心は何線ですか？

Question

虹の中心は何線（線？光？）ですか？
私の知識では、赤外線―可視光線―紫外線しか分かりません。

ojisan7 · Accepted Answer

Ｎｏ８です。ちょっと、補足をさせてください。
Ｎｏ８で、「周波数を高めることによって、同様のことが繰り返される」と述べましたが、これは、特性周波数が離散的にいくつか存在する場合についてです。液体の水がこの条件を満たすかどうかはわかりません。光の周波数が特性周波数を超えると屈折率が最大値から最小値に急落します。注意すべきは、このときの最小値となる屈折率は１よりも小さいことです（当然０以上ですが）。高周波領域に特性周波数が存在しない場合には、周波数を、さらに上げても、屈折率は１を超えません。

「屈折率が１より小さい」ことが、どういうことを意味しているのかは、お分かりだろうと思います。主虹の偏角の条件が成り立ちませんので、入射光が水滴内に入らずに全反射してしまいますね。すなわち、周波数が特性周波数を超えた段階で、虹としての、意味が失われてしまうということです。

ojisan7 · Answer

水滴の内部で一回だけ反射した場合の、主虹について考えただけでも、現象は複雑ですね。理科年表には波長214.4nmの紫外線の屈折率13.4032までしか載っていません。しかも、私の手元にあるデータが不足していますので、何とも言えませんが、Lorentzの古典的な分散公式を使うことにより、ある程度、この現象について推測することができます。
Lorentzの分散公式（吸収も考慮し、屈折率を複素数とする公式）によれば、光の周波数が高くなるにつれて、屈折率は大きくなりますが、周波数が、特性周波数（水の場合、一つの特性周波数は、たぶん紫外線の領域にあるものと予想されます。）に近づくに従って、水滴による、光の吸収率が高まります。周波数が特性周波数に一致したとき、屈折率は最大値（有限の値です）になります。周波数をさらに高めると、屈折率は、激減し、最小値にもどります。特性周波数は二番目、三番目・・・が存在するはずですので、さらに周波数を高めることによって、同様のことが繰り返されます。

虹の場合でいえば、周波数が高まるに従って、屈折率も変化しますが、最大値と最小値の間を反復するのみですから、虹（主虹）はある一定の帯領域にとどまります。虹の中心（円の中心）に光線が向かうことは、決してありません。

maekawadesu · Answer

虹
　＼
　　＼
中心ー人ーーーー太陽
　　／
　／
虹

虹の中心は、太陽から見て真反対の方角にあたります。
つまり、地球の影があります。

仮に影を考えないとするならば、水滴表面からの反射光が最も強く観察されると思います。

grothendieck · Answer

波長が短いほど屈折率は小さくなるのではなく、屈折率は大きくなります。
http://www.philiplaven.com/p20.html
主虹の偏角は次の式で与えられます
　D = π +2im -4arcsin(sin(im)/N)
(例えばJ.A.Adam,Phys. Rep. 356(2002),244)
ここでNは屈折率で波長6563Åの赤い光にN=1.3311、波長4047Åの紫の光にN=1.3428とするとそれぞれD=137.7°とD=139.4°になります。しかし波長を短くすると屈折率はいくらでも大きくなるわけではないと思います。主虹の内側には過剰虹があります。すなわち主虹の紫の位置から中心の方向へ行くと波長はどんどん短くなるのではなく、再び赤から始まるごくかすかな虹があるのです。過剰虹の内側にはどんな波長で観測しても虹として認識できるものは無いと思います。

debukuro · Answer

そのような電磁波に○○線というような名前があるかどうか知りませんが虹の中心には波長が無限大の電磁波と波長が無限小の電磁波が存在します。

sanori · Answer

＞＞＞
虹の中心には、極めて短い波長がくるのではなく、屈折率の極めて低いものがくるということでしょうか？

頭いいですね。（笑）
私も、さっき、そういうふうに説明すればよかったです。

ただ、
（前回回答の後に思ったのですが）
いかに波長が短いとは言えども、屈折率がほぼゼロ、すなわち虹の中心近くに相当するような電磁波が存在するほどの波長分散がありえるのかどうか、全く自信がありません。


＞＞＞
ガンマ線は、一番に短い波長なのでしょうか？ガンマ線は、人間が科学で認識できる限界なのでしょうか？それともガンマ線は、エックス線より短い波長として扱われているのでしょうか？

まったくその通りです。
ガンマ線はエックス線より波長が短い光の総称で、ガンマ線より短い波長の電磁波は命名されていません。
ただし、ガンマ線とエックス線との波長の境目はここだ！という定義ではないようです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%83%B3%E3%83%9E%E7%B7%9A


なお、アドバイスですが、今後のことも含め、
お礼の欄と補足の欄を上手に使うことをおすすめします。

noname#58440 · Answer

>虹の中心です。要するに、見えない部分…

それは「虹」ではありません。

空気中に見える物を虹と言います、貴方が問うてるのは虹でなく「光」ですす。

sanori · Answer

波長が長いほうから順番に
　　赤外線→可視光線→紫外線
と来たら、その後は
　　（紫外線）→エックス線（Ｘ線）→ガンマ線（γ線）
です。
ですから、「虹の中心（の近く）は何線？」と聞かれれば、おそらくガンマ線でしょうね。
ガンマ線は放射線の一つとして分類され、人体にも目にも非常に有害です。
しかし、実際には地上には届く量は、ほぼゼロ。
（波長の長い赤や緑よりも、波長が短い青や紫のほうが散乱されやすいため、
　空が青く見えることと同じです。Ｘ線やγ線は非常に波長が短いので。）



ところがですね、

プリズムや虹で色が分かれる現象つまり、物質の屈折率が光の波長によって異なる現象は、

「波長分散」

と言いまして、
実は理系の大学４年ぐらいの人でも、ほとんどが、その言葉さえ知らないという専門用語なんですよ。
（大概の物理の教科書では、１つの物質に対して屈折率は１つ、というような取り扱いをします。）
波長分散を理論式で精度良く求めることも困難でして、測定データに基づいて波長分散の数値を得ることになります。
光関係、ディスプレイ関係を扱うプロの技術者（私は経験者）でさえ、理科年表やハンドブックで調べるんです。

何を言いたいかというと、
一番上に書いた。
「波長が長いほうから順番に
　　赤外線→可視光線→紫外線と来たら、その後は・・・
　・・・・・
　・・・おそらくガンマ線でしょうね。」
という文章でさえも不確かだということです。
波長分散の順番が、どこでも波長の順番になっているかどうかさえ分かりませんから。（少なくとも私は）


虹やプリズム分光という現象は子供に人気があるので、
「なぜ虹ができるの？」「なぜプリズムを通した光は虹のようになるの？」
と子供が尋ねれば、大人は、それに対して、大概
「光の波長によって屈折率が・・・」
と得意気に説明しますけれども、
実は、それは説明したようで説明になっていないんです。

noname#58440 · Answer

虹って、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫、の7色の事ですよね？

全部見えるので可視光です。

虹の中心は何線ですか？

Ｎｏ８です。

水滴の内部で一回だけ反射した場合の、主虹について考えただけでも、現象は複雑ですね。

虹

波長が短いほど屈折率は小さくなるのではなく、屈折率は大きくなります。

そのような電磁波に○○線というような名前があるかどうか知りませんが虹の中心には波長が無限大の電磁波と波長が無限小の電磁波が存在します。

＞＞＞

この回答への補足

この回答への補足

波長が長いほうから順番に

この回答への補足

この回答への補足

似たような質問が見つかりました

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

関連するカテゴリからQ&Aを探す

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング