虹ができる仕組みを小学生向けに解説！光と水の秘密
🌈 虹ができる仕組みを小学生向けに解説！光と水の秘密
こんにちは。「ふくしまの防災 HIH ヒカリネット」防災士の後藤です。
雨が上がったあとに、空に大きな虹がかかっているのを見つけると、なんだか嬉しくなりますよね。でも、お子さんから「虹ってどうしてできるの？」「なんで7色なの？」と聞かれたら、どう説明しますか？
虹がなぜできるのか、その理由や色の順番、なぜ丸い形をしているのか、不思議に思うかもしれません。中には、二重の虹（ダブルレインボー）を見つけたり、虹に近づけないのはなぜか、という疑問もあるかも。おうちでできる簡単な実験や作り方で、その秘密を探ってみたいですよね。
この記事では、虹ができる仕組みについて、小学生にもわかりやすいよう、光と水の秘密を一緒に見ていきたいと思います。虹のふしぎを、科学の目で解き明かしていきましょう。
- 虹がなぜ7色に見えるのかがわかる
- 虹ができるために必要な条件がわかる
- おうちでできる簡単な虹の実験方法
- 虹に関するふしぎな雑学
虹ができる仕組みを小学生向けに解説
まずは、虹ができる「仕組み」の基本を見ていきましょう。虹は、まるで魔法のように見えますが、実は太陽の光と空気中の水のつぶが協力して作り出す、自然の科学ショーなんですね。
虹はなぜできるの？
とってもかんたんに言うと、虹は「太陽の光が、空気の中にあるたくさんの小さな水のつぶに当たって、色が分かれて見える」現象です。
雨が降ったあとには、まだ空気中に目に見えないくらいの小さな水のつぶ（水滴）がたくさん浮かんでいます。そこに太陽の光が当たると、その一つ一つの水のつぶが、理科の実験で使う「プリズム（光を分けるガラスの三角形）」のような働きをします。
太陽の光がこの「水のプリズム」を通り抜けるときに、光が分解されてきれいな色が見えるんですね。
だから、虹を見るためには「太陽の光」と「水のつぶ」の両方が必要なんです。どちらか一つでも欠けると、虹は現れてくれません。
太陽の光と水のつぶがカギ
ふだん、私たちが「白い光」と感じている太陽の光。実は、あの白い光には、虹の7色（赤、橙、黄、緑、青、藍、紫）が全部混ざっているんです。
絵の具は色を混ぜると黒っぽくなりますが、光の場合は、たくさんの色の光が全部いっしょになると、私たちの目には「白」や「透明」に見えるんですね。不思議ですよね。
その混ざった光が、雨上がりの「水のつぶ」にぶつかります。この水のつぶが、光の色を分けるスクリーンのような役割をしている、とイメージすると分かりやすいかもしれません。
光が水のつぶにぶつかって色が分かれることを「分光（ぶんこう）」、分かれた色の帯を「スペクトル」と呼んだりもします。
光が曲がる「屈折」とは
光には、まっすぐ進む性質（直進）があります。でも、空気中から水の中へ入る時など、違うものに入っていく瞬間に、進む向きが「カクン」と曲がるんです。
これを、理科の言葉で「屈折（くっせつ）」と言います。
お風呂やプールで、自分の足が短く見えたり、コップに入れたストローが曲がって見えたりするのも、この「屈折」のせいなんですね。
なぜ曲がるかというと、光が進むスピードが、空気の中と水の中では違うからなんです。まっすぐ進んでいた光が、急にスピードが変わる場所（水面）に斜めにぶつかると、進む向きが変わってしまうんですね。
虹ができる仕組みの、ひとつ目のカギがこの「屈折」です。
光がはね返る「反射」とは
もうひとつのカギは「反射（はんしゃ）」です。
これは分かりやすいかもしれません。鏡に光を当てると、はね返ってきますよね。ボールを壁に投げるとはね返ってくるのと同じです。あれが反射です。
水のつぶに入った光は、そのまま通り抜けるだけじゃなく、一部が水のつぶの奥の壁で「反射」して、Uターンするように私たちの目に戻ってきます。
この「反射」があるから、虹は必ず、太陽と反対側の空に見えるんです。太陽の光が、自分の後ろから飛んできて、目の前にある水のつぶでUターンして、自分の目に届く。これが虹の見える位置です。
虹を探すときは、太陽を背中にして立ってみてくださいね。
虹ができるまでの流れ（水のつぶの中）
- 入る時（屈折①）： 太陽の白い光が、水のつぶに入る時、「屈折」して少し色が分かれ始めます（分光）。
- 中で（反射）： 色が分かれた光が、水のつぶの奥で「反射」して、Uターンします。
- 出る時（屈折②）： Uターンした光が、水のつぶから出る時、もう一度「屈折」して、色がハッキリと分かれます。
- 見える！： きれいに7色に分かれた光が、私たちの目に届きます。
虹の色の順番と理由
虹が7色に見えるのは、光が「屈折」するとき、色によって曲がる角度が少しだけ違うからです。
白い光が水のつぶに入った瞬間、それぞれの色が「いっせーのーで」と曲がるんですが、その曲がり具合が違うんですね。
- 紫の光： たくさん曲がる
- 赤の光： あまり曲がらない（曲がり方が小さい）
この「曲がり方のズレ」によって、それまで一つにまとまっていた白い光が、色の順番にきれいに分かれるんです。
光の色と波長（はちょう）
なぜ色によって曲がり方が違うのかというと、光は「波」の性質を持っていて、色ごとにその「波のカタチ（波長 はちょう）」が違うからです。
かんたんに言うと、赤色の光は波のカタチが「長く（のんびり屋）」、紫色の光は「短く（せっかち）」なイメージです。この波長の違いが、水の中での進み方や屈折の角度の違いを生み出しているんですね。
色の順番は、外側（上側）が「赤」で、内側（下側）が「紫」と、世界中どこでも決まっています。これは、曲がりにくい「赤」が上側に、曲がりやすい「紫」が下側に見えるという、科学的な理由なんですね。
虹はなぜ丸いの？
虹がいつもきれいなアーチ（丸い形）をしているのも、ちゃんと理由があります。
それは、「私たち（見る人）の目から、決まった角度に見えるから」です。
前のセクションで、光が水のつぶで屈折・反射して目に届く、と説明しました。このとき、光が目に戻ってくる「角度」は、色ごとに決まっています。
- 赤い光: たくさんの水のつぶから「約42度」という角度で目に届く
- 紫の光: 同じく「約40度」という角度で目に届く
空を見上げたとき、自分から見て「42度の場所」は、一箇所だけではありません。コンパスで円を描くように、ぐるりと一周、すべて42度ですよね。虹は、その「42度に見える場所」にある水のつぶが一斉に赤く光って見えている状態なんです。
紫の光も「40度の場所」がぐるりと光る。だから虹はきれいな円（アーチ）の形になるんですね。
飛行機からだと丸く見える？
私たちが地上から見る虹は、地面（地平線）があるので「アーチ状（半円）」に見えます。でも、飛行機の上など、さえぎるものがない場所から条件がそろうと、まん丸の虹（円虹 えんこう）が見えることもあるそうですよ。
虹ができる仕組みを小学生向けに探る
虹の基本的な仕組みがわかったところで、次は「いつ見られるの？」や「おうちで虹は作れるの？」といった、もう少し詳しい疑問について探っていきましょう。虹博士になれるかも？
虹ができる条件はいつ？
虹はいつでも見られるわけではありません。いくつかの条件がそろう必要があります。虹を見つけたいときは、以下の3つのポイントを思い出してください。
虹が見える3つの条件
- 「太陽の光」と「水のつぶ」が同時にあること
- 太陽を背中にして見ること
- 太陽の高さが低い「朝」か「夕方」
これらの条件を、もう少し詳しく見てみましょう。
1. 光と水滴が同時に必要
これが一番の基本ですね。虹の材料は「太陽の光」と「水のつぶ」です。
- 雨がやんだ直後： まだ空気中に水滴がたくさん残っている時に、雲のすき間から太陽が顔を出したとき。
- お天気雨（天気雨）： 太陽が出ているのに、雨が降っているとき。
- その他： 滝の近く（水しぶき）、噴水、ホースで水をまいている時など。
ザーザー降りの真っ暗な空では、太陽の光が届かないので虹は見えませんね。
2. 太陽を背中にする
これは、虹を探すときの「おやくそく」です。理由は、虹が「反射」した光だからでしたね。太陽の光が、自分の後ろから来て、目の前の水滴でUターンして戻ってくるイメージです。太陽と同じ方向には、絶対に虹はできません。
3. 時間は朝か夕方
虹は、太陽が空の低い位置にある「朝」や「夕方」に見つけやすいです。逆にお昼ごろは、見えにくいんですね。
【理由】 太陽が真上（高い位置）にあるお昼は、虹のアーチも、自分の足元や「地面の下」にできてしまいます。これでは見えませんよね。
太陽が低い位置（朝や夕方）にあると、自分の影は前に長くのびます。虹は、その影の先（太陽と反対側）に、地面から立ち上がるように現れるので、とても見やすくなるんです。
雨をもたらす「前線」が通り過ぎたあとなどは、天気の急変と共に虹が見られるチャンスでもあります。天気の仕組みに興味がある方は、こちらの記事も参考になるかもしれません。
二重の虹（ダブルレインボー）
たまに、虹の外側にもうひとつ、うすい虹が見えることがありますよね。これは「二重の虹（副虹 ふくこう）」と呼ばれるものです。内側の濃い虹は「主虹（しゅこう）」と言います。
ふつうの虹（主虹）が、水のつぶの中で光が「1回」反射してできるのに対し、二重の虹（副虹）は、水のつぶの中で「2回」反射した光が見えているんです。
色の順番が逆になる
2回反射すると、光が弱くなるのでうすく見え、さらに色の順番がふつうの虹と「逆」になります。
- ふつうの虹（主虹）： 外側が赤、内側が紫
- 二重の虹（副虹）： 外側が紫、内側が赤
見つけたら、色の順番にも注目してみてくださいね。ラッキーのしるし、なんて言われることもあるみたいです。
月虹（げっこう）という珍しい虹も
虹は太陽の光だけでできるわけではありません。夜、「月（つき）の光」でできる虹もあるんです。これを「月虹（げっこう）」または「ムーンボウ」と呼びます。
月の光は、太陽と比べるととても弱いです。そのため、月虹は非常（ひじょう）にうすく、色も分かりにくく、白っぽいアーチに見えることがほとんどです。
満月の前後の、明るい月が出ている夜に、雨上がりなどの条件がそろうと、ごくまれに見られる現象です。月の不思議については、こちらの記事でも紹介していますよ。
虹の作り方を実験で学ぼう
虹は、空でしか見られないものではありません。おうちにあるものを使って、かんたんに虹を作ることができます。虹ができる「屈折」と「反射」の仕組みを、実験でたしかめてみましょう。夏休みや冬休みの自由研究にもぴったりですね。
簡単にできる虹の実験
ここでは、おうちで試せる虹の作り方を3つ紹介しますね。おうちの人と一緒に、安全に気をつけて試してみてください。
1. 霧（きり）ふき・ホースで虹シャワー
これは、空の虹と一番近い仕組みの実験です。
- 準備するもの： 霧ふき（スプレー）、または水の出るホース
- やり方：
- よく晴れた日（太陽が出ている時）に、外に出ます。
- 必ず「太陽を背中」にします。（自分の影が前にのびるように）
- 自分の影の先（太陽と反対側）に向かって、霧ふきやホースで水を細かくまきます。
- なぜできる？： 自分がまいた小さな水しぶき（水滴）が、空気中の雨粒の代わりになります。そこに太陽の光が当たって「屈折」と「反射」が起こり、本物と同じ仕組みで虹が見えるんです。
2. 鏡（かがみ）と水で虹づくり
お部屋の中でも、虹の色（スペクトル）を作り出せます。
- 準備するもの： コップや洗面器（透明か白っぽいもの）、水、小さな鏡、懐中電灯（スマホのライトでもOK）、光をうつす白い壁や紙
- やり方：
- 容器に水を入れ、その中に鏡をななめに沈めます。
- 部屋を少し暗くして、水の中の鏡に向かって懐中電灯の光を当てます。
- 鏡ではね返った光が、白い壁や紙に当たるように角度を調節します。
- なぜできる？： 壁や紙に、きれいな虹の色が映し出されたら成功です。この実験では、懐中電灯が「太陽」、水が「屈折」、鏡が「反射」の役割をしています。
3. CDやDVDで虹さがし
一番かんたんな方法かもしれません。
- 準備するもの： いらなくなったCDやDVD
- やり方： CDやDVDの、ピカピカしている記録面（データを書き込む面）を見ます。その面を、部屋の電気や太陽の光に当てて、角度をいろいろ変えてみましょう。
- なぜできる？： きれいな虹色が見えますよね。でも、実はこれ…。
🚨 CDの虹は仕組みがちょっと違う？
実は、CDやDVDの虹色は、とてもきれいですが、空の虹（屈折・反射）とは少し仕組みが違います。
CDの表面には、目に見えないほどの細かーい溝（みぞ）がたくさん並んでいます。その溝に光が当たると、「回折（かいせつ）」や「干渉（かんしょう）」という、ちょっと難しい現象が起こります。光どうしがぶつかり合ったり、強め合ったりして、特定の色だけが見えるようになるんですね。
シャボン玉や、水にうかんだ油が虹色に見えるのも、CDと同じ「干渉」という仕組みなんですよ。
虹に近づけないのはなぜ？
「虹のふもと（根元）には宝物がある」なんて言い伝えを聞いたことがあるかもしれませんが、残念ながら、虹に近づいたり、さわったりすることはできません。
なぜなら、虹はビルや木のように、そこに「モノ」として存在（そんざい）しているわけではないからです。
虹は、太陽と、水のつぶと、それを見ている「あなた」の3つの位置関係が作った「ショー（現象）」なんです。テレビのスクリーンに映った映像（えいぞう）にさわれないのと少し似ているかもしれません。
あなたが虹に近づこうと動くと、虹を作っている水のつぶも、自動的に別なものに変わってしまいます。だから、あなたが動くと、虹も同じだけ動いて（逃げて）しまうように見えるんですね。虹は、いつもあなたから「同じきょり」にあるように見える、ふしぎな存在なんです。
虹ができる仕組みを小学生向けに総まとめ
今回は、「虹ができる仕組み」について、小学生向けにできるだけ分かりやすく解説してみたつもりですが、いかがでしたでしょうか。
虹の秘密は、太陽の白い光が、空気中の水のつぶによって「屈折（曲がって）」して、「反射（はね返り）」、7色に分かれて私たちの目に届くことでした。
そして、虹が見えるためには「太陽（光）」「水滴」「見る人の位置（太陽を背にする）」という条件がそろう必要がありましたね。
天気の変化は、時として私たちに大雨や強風などの「災害」をもたらすこともあります。防災士としては、そうした自然の厳しさ（きびしさ）に備えることをいつもお伝えしています。
でも同時に、自然は虹のような、ハッとするほど美しい姿も見せてくれます。
虹のふしぎをきっかけに、空や天気の変化に興味を持って、自然のすごさや、時にはその怖さ（防災）にも目を向けてもらえたら、とても嬉しく思います。
