33年の時間を巻き戻し天文少年ならぬ天文壮年へ再入門。隊員1名、200mm、65mmの望遠鏡と双眼鏡で星空を楽しんでいます!
台風7号フライバイ直前の夕方の風景 虹と副虹
2016-08-17 Wed 00:00
1608163.png今夜から明日朝にかけて台風7号接近によって風雨が激しくなる予報が出ている。

1608162.jpg午後になって時折雨が断続的に降り始めているが、夕方には一時虹が出る瞬間があった。副虹までくっきり見えていた。カメラを取りに行っている間に少し薄れた感じだ。

1608161.jpg左側がくっきり出ていたが、全体にアーチが架かる様子はパノラマで写せた。
別窓 | 観測所の周辺 | コメント:13
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この記事のコメント
西低空に雲間があったので出るかなと思ってましたが、見えましたか。おめでとうございます。主と副で色が逆さになっているところや幅の違いがよく分かります。

ぼくは通院帰宅直後で、疲れた体を休ませていた隙に見逃しました。もっとも東側は視界が悪いので、出たとしても写真はなかなか撮れませんが。
2016-08-17 Wed 07:34 | URL | みゃお #chDfx1pU[ 内容変更]
虹と副虹の間の領域が暗くなるのでしたっけ。あまりはっきりしませんが、そんな感じに見えないでもない。
2016-08-18 Thu 00:05 | URL | かすてん #MLEHLkZk[ 内容変更]
はい、アレキサンダーの暗帯といいます。詳しくはググってください(笑)

間が暗くなると言うより、主虹の内側と副虹の外側が相対的に明るい、と感じるかも知れません。かすてんさんの画像はその様に見えました。

虹を作る水滴がまんべんなく空に浮かんでるとして、水滴中で太陽光が2、3回屈折&反射しながら観察者へ戻るわけです。このとき一部がスペクトル分光してしまうのが虹、観察者まで戻ってこられない部分が暗帯、あまり分光せず戻る領域が前述の「明るい部分」です。

暗帯で戻ってこないのは水滴からの光だけなので、水滴の背後の光までダークサイドに落ちるわけではありません。「明るい部分」まで分光してるとき(雨粒径がきれいに揃って光が干渉してる状態)は過剰虹といいます。生で見ると本当にきれいですよ。
2016-08-18 Thu 06:16 | URL | みゃお #chDfx1pU[ 内容変更]
子どもの時、虹があるところまで行ってみたいと思いました。
 はじめは、汽車やバスに乗らないと行けないほど遠いところにあると思っていました。

 しかし、まれに、比較的近くの田んぼや山の斜面(500mくらいの距離の)より手前から虹の下部が立っているように見えることもありました。

 というわけで、虹までの距離というのは、どのくらいなのでしょうか?

 虹は虚像であって、距離は定義できないのでしょうが、太陽光を反射している水滴までの距離は定義できますよね。
それでも、太陽光と反射光は平行なので、異なる距離の光が重なっているはずで、距離といってもかなりの広がりがあるはずです。

 でも、たとえば虹の頂上(最も高いところ)には距離の上下限があるはずで、雨雲より高いところに虹が出るはずはないので、せいぜい2~3kmではないかと思います。おそらく下限もあるはずで、近所の建物より手前に虹の頂点が見えることはありませんので、数十メートル以上は離れていると思います。

 こんな考えは意味があるのでしょうか。

 自然の雨で、虹の頂点が、ものすごく近く(50メートル以内とか)に見えたことがありますか?
2016-08-18 Thu 17:26 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
S.Uさんと自分の発想が似ていて驚きました(笑)正体を知らなかったころは「汽車やバス」どころか、飛行機でも難しいと思ってました。

距離の考察は合ってると思います。要するに「雨の範囲」ですね。むしろ「遠さ」よりも「近さ」のほうがなかなか決められません。雨滴は近くなるほど視界に対する密度が小さくなるので、「つながった虹」として認識するには結構な雨量が必要です。放水モードが変えられる水まきホースで色々な大きさ、色々な密度でやってみると分かりますね。

その状態が自然の中で発生し、かつ自分より太陽側がほぼ降っていない、という条件に巡り会わないと見えないわけです。いわゆる片時雨の境界に立ってるようなときは素晴らしい虹になるでしょう。

シャワーなど人工の水滴以外で、自然の雨による虹で一番近かったのは、2、3メートルでした(笑)天気雨の日に車を運転中、叩きつけるような雨の中で運転席窓の右下に見えたものです。もちろん背景は空ではなくアスファルト。虹の頂上ではなく、右サイドでした。運転中でなかったら外に出て、自分を取り囲むような虹が確認できただろうと思います。

数十メートル程度先の虹は何度か見ました。明らかに雨の壁が数十メートル先にある、という状況です。でも手が届きそうな感じはしませんでした。鏡の中のものが掴めそうに思えない、あの感覚です。
2016-08-18 Thu 20:58 | URL | みゃお #chDfx1pU[ 内容変更]
みゃおさん

土浦で撮られたこの写真には過剰虹が写っているのではありませんか?
https://goo.gl/WpEfdc

S.Uさん

>比較的近くの田んぼや山の斜面(500mくらいの距離の)より手前から虹の下部が立っているように見えることもありました。
 同じ様な経験あります。

>近所の建物より手前に虹の頂点が見えることはありませんので〜
 S.Uさんの疑問からは外れるとおもいますが、しょうもないことを思いつきました。
 極端に小さな虹を考えるとすれば、ホースで作る虹があります。あれは人の身長くらいまでした水を撒かないので目の高さ程度の小さな虹ですよね。自然の虹はもっと高いところまで広範囲に水滴が撒かれているので大きな虹に見えるのですよね。でも、その中にはホースの虹の様な小さば虹のエレメントも含まれているはずですよね。でも、自然の虹ではそんなに小さな虹を見ることがないのはそれらは相殺されて一番大きな虹だけ見える様になっているのでしょうか。「白熱教室」ルーウィン先生の物理学講義の中でも虹について詳しく説明していたので、あれが理解できていればこの疑問にも答えられるのかもしれないです。
2016-08-18 Thu 21:08 | URL | かすてん #MLEHLkZk[ 内容変更]
土浦の写真は携帯画像ですか?主虹の頭頂よりも左側に淡い過剰虹が見えてる気がします。ただしjpeg圧縮がかかってるので、虹の縁など色や明るさのコントラストが強い場所に元々無い色が着いてる場合があり、過剰虹に見えてしまう可能性がありますね。頭頂から右側の赤い部分が太くなっているのがどういう原因なのか気になりました。

ルーウィン先生の虹講義はテレビで見たことあります。明快な解説には脱帽しましたが、大学生相手ならもっと深いところを説いて欲しいなぁとも感じました。例えば「落下する雨粒は絶対球形にならない」ということを高校生くらいで習うので、虹の仕組みを球形の水滴で議論するのは現実的でない…などと思うわけです。
2016-08-19 Fri 07:27 | URL | みゃお #chDfx1pU[ 内容変更]
>土浦の写真は携帯画像ですか?
 iPhone以外のスマホだったと思います。

>虹の仕組みを球形の水滴で議論するのは現実的でない…などと思うわけです。
 落下する雨滴は涙型でも球形でもなく上下に押しつぶされているのでした。虹を作る水滴って、そんな扁平な水滴なのでしょうかね?扁平になるほどの速度で落下するのではないゆっくり落ちる水滴が主力ということはないのでしょうか。
2016-08-19 Fri 11:26 | URL | かすてん #MLEHLkZk[ 内容変更]
みゃおさん、かすてんさん、

「近くの虹」についてのご体験とご考察をありがとうございます。
 数十メートルくらいの所の虹を見てみたいです。太陽光線は平行光線なので、人間の両目に平行に入ってくるのなら、水滴が近くでもやはり遠くに見える理屈になりますが、シャワーや噴水で作られた近くの人工的な虹については、やはり近くに見えるのが不思議です。これは、心理的なものでしょうか。それとも、近いと、水滴のつぶつぶが見えてしまうので、本当に近くにあるように見えるのでしょうか。

 それから、天然の雨による虹の近い限界についても、コメントを拝見して何となく感じたことは、

 つまり、小さい雨粒だと密度が小さすぎる、
かといって、大きい雨粒で断面積を稼いでも、今度は水滴が真球にならないので光学的にきれいな虹ができない、

ということではないでしょうか。細かい密度の高い雨が降った時だけ近くに見える、ということではないかと思います。
2016-08-19 Fri 12:13 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
雨の密度と粒の大きさ…そうですね、これ意外に難しい問題でして…。普通の雨ってだいたい0.5mmから3mmくらいの範囲が多いと聞きました。もちろん一様ではありません。まんじゅう型に変形するのは確か1mm前後以上だったと思います。大雑把に言って、小さい球形を半分、大きくて変形してるもの半分を混合したのが一般的な雨と考えられます。

小さい球形の雨粒がぎっしりだときれいな虹になりそうですが、あまり小さすぎると今度は粒相互で光線が分散される効果が強まり、色分離のない霧虹(白虹)になってしまいます。いっぽう、変形した水滴で虹はできないのかというとそんなことは無くて、ホースで大粒に変形した水まきしてもちゃんと虹が見えます。変形の効果は虹のアーチそのものの変形になって現れることがあるそうで、たまに段差がある虹の報告を聞きますね。真球であることは虹の必須条件では無いようです。どんなに複雑な形の水滴でも、粒内から光が出るときに表面とのなす角が一定値でなければ虹に見えない(瞳までやってこない)ということですからね。

参考
↓これくらい粗くても虹に見えますか
http://www.atoptics.co.uk/fz744.htm

↓近いと感じますか
http://www.atoptics.co.uk/fz939.htm

↓変形した虹(過剰虹や反射虹ではない)
http://www.atoptics.co.uk/fz518.htm

↓異なる距離の水滴による虹の連続性(ページ最下の画像)
http://www.atoptics.co.uk/fz952.htm
2016-08-19 Fri 17:59 | URL | みゃお #chDfx1pU[ 内容変更]
>変形した水滴で虹はできないのかというとそんなことは無くて~虹のアーチそのものの変形

 これは、雨粒の大きさがそろっていて、変形の形もそろっている場合でしょうか。雨粒1粒1粒がてんでに好き勝手な形に変形していたらくっきりした虹はできないですよね。写真の「変形した虹」のような二又に分かれた虹は見たことがあるような気がします。これは、雨粒の形の種類が2種類に峻別されているということなのでしょうか。

 理屈から言うと、太陽光線は平行だから、距離が違っても虹は連続的に見えるはずですよね。連続的に見えない写真は不思議です。水滴の形状が違い、あるいは、大気中を光が通るときの屈折(大気差と同じ)が効いているということでしょうか。

 以前も書いたことがあるかも知れませんが、「気象」という言葉の「気」というのは物質そのままの実像の現象で、「象」というのはとにかくそのように見える虚像の現象だと聞いたことがあります。虹とか逃げ水とか彩雲とかは貴重な気「象」現象なので、こういうのに興味を持つ子どもたちの関心を引っ張り上げることが重要だと思います。
2016-08-20 Sat 07:00 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
軟らかい水滴が空中で完全な球形を保っているのは不自然で、表面は常に微変形してると考えられます。量子力学みたいですが、「均してみると、球やまんじゅう型の確率が高い」という意味なんだと思います。これを踏まえて、簡単な図を描いてみました。

http://goo.gl/SppmGW

左は一般的な主虹の説明に使われる図です。実際は水滴全面に平行光線が入ります。内部でいろいろ取り得る中で、最終的に図に描かれた特定波長の1本だけが観察者の目に入る訳ですね。仮に右図のように極端に変形しても、どんな大きさや距離であっても、光線と水滴とのなす角が左図と全く同じになる1本のみが目に入り、それ以外は認識できません。もし変形によってその1本すらも実現しなければ虹はできないはずです。手前と背後とで形状が大きく異なる雨が降ったときどうなるかというのは、詳しく調べてみたいですね。

虹の高度が高いことと、直線距離が近いので、虹−観測者間の大気差は出ないと思います。ただ、水滴に入るまでの太陽光は、暖気や寒気の影響で僅かな角度差が出るかも知れません。この僅かな差が水滴中で1、2度角の差になってしまうことは十分考えられます。

気象という言葉の意味、深いですね。こどもたちには最初から理屈を説くのではなく、まずきちんと現実を見せてあげたいなぁといつも思います。
2016-08-20 Sat 12:40 | URL | みゃお #chDfx1pU[ 内容変更]
>均してみると~特定波長の1本
 これが重要で、その視線上の光を均してみたところで、ほぼ特定の波長にそろっていれば、その方向に明瞭な色が見えることになりますが、形状のバラツキで波長もばらつけば、たちまち人間の目はそれを白っぽく感じてしまって色が見えなくなるのではないかと思います。バラツキの大きさの比較問題でシミュレーションをしないとわからないと思います。

>こどもたちには最初から理屈を説くのではなく
 そうですね。例えば、小学校の時に気づいた疑問が、(自力でも他力でも)中学や高校の時に解けるというのが理想的だと思います。最初の一発は与えたらそれなりに受け止めてくれると思うのですが、それをどうしたら維持できるかが問題です。個人の資質によるところが大きいですが、一般社会がそれをエンカレッジするかディスカレッジするかという問題が(特に現代の効率主義、経済至上主義の国では)あるようです。
2016-08-20 Sat 16:42 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
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