NASAが「逆さまの虹」を公開、U字になるメカニズムを解説

NASAは先日、イタリアのシチリア島で撮影された「逆さまの虹」の写真を公開しました。

これは2022年2月24日に、天体写真家で小学校教師でもあるマルチェラ・ジュリア・パーチェ氏が撮影したものです。

では、どうして虹は逆さまになったのでしょうか？

ここでは、逆さまの虹ができるメカニズムを解説します。

逆さまの虹「環天頂アーク」が撮影される

（画像＝ヤシの木の上にあらわれた「環天頂アーク」 / Credit:Marcella Giulia Pace,Astronomy Picture of the Day（2022）、『ナゾロジー』より引用）

このほど、NASAがミシガン工科大学と運営するウェブサイト「Astronomy Picture of the Day （APOD）」に公開したのは、ヤシの木の上空にあらわれた「逆さまの虹」です。

この逆さまの虹の正式名称は「環天頂アーク（かんてんちょうアーク）」と言います。

通常の虹のように、七色の帯が空に出ていますが、弧の向きと色がU字型に反転しているのが特徴です。

またその形が、スマイルマークの口に似ていることから、多くの人から「微笑みの虹」とも呼ばれているのだとか。

確かに、この特殊な虹が見えたなら、その名前の通り微笑んでしまいそうですね。

では、この環天頂アークは、どのようにして発生するのでしょうか？

虹と環天頂アークの違いから解説します。

（画像＝虹の仕組み。太陽光が水滴の内部で反射・屈折 / Credit:KES47（Wikipedia）_虹、『ナゾロジー』より引用）

私たちがよく知っている虹は、太陽光が大気中を浮遊する水滴に当たったときに生じます。

光が水滴の内部で屈折と反射を繰り返すことで、私たちの目に届くのです。

その際、太陽光はさまざまな波長の光に分散。

それぞれの波長によって屈折率が異なるので、水滴の位置によって見える色が異なります。

（画像＝虹は太陽とは反対の方向に見える。上が副虹。下が主虹。一般的によく見えるのは主虹 / Credit:Wikipedia Commons_虹、『ナゾロジー』より引用）

つまり、一般的には虹の上部に位置する水滴は赤色の光（波長）を、虹の下部に位置する水滴は紫色の光（波長）を私たちの目に届けているのです。

また通常の虹は、水滴が太陽光を「反射」して見えるものなので、太陽とは反対の方向にあらわれます。

（画像＝環天頂アークは六角形の氷晶によって生じる / Credit:Sung Hong（Chrysler Group LLC）_A Study on Atmospheric Halo Visualization（2012）、『ナゾロジー』より引用）

一方、環天頂アークは、太陽光が空気中の水滴ではなく、「氷晶」に当たったときにあらわれます。

上空にできた六角形の平らな氷晶の中で、太陽光が屈折することで私たちの目に届いているのです。

この場合も波長による屈折率の違いにより、氷晶はその位置によって私たちの目に届ける波長を変えます。

そのため、氷晶によって届く光（環天頂アーク）も、虹色に分かれて見えます。

（画像＝環天頂アークの仕組み。反射していないので、太陽と同じ方向にあらわれる / Credit:Petr Hykš（Flickr）_Circumzenithal arc formation（2018）、『ナゾロジー』より引用）

ただし環天頂アークの場合、氷晶の形状ゆえ、私たちの目に届くのは「反射」した光ではありません。

氷晶の内部をただ「屈折」しただけの光です。

そのため、環天頂アークがあらわれるのは太陽と同じ方向になります。

さて、こうしたいくつかの違いによって、環天頂アークは弧の向きと色が通常の虹とは逆になっているようです。

また環天頂アークは氷晶によって発生するため、通常は雲の中に隠れていることが多いようです。

しかし、いくつかの大気条件、観測者の位置条件がうまく重なり合えばきれいに見えます。

そこまで珍しいものでもないので、チャンスを待てば、いつかは観測できるでしょう。

参考文献

Astronomy Picture of the Day

Watch an Inverted Rainbow Hover Above a Palm Tree; How Does a Circumezenithal Arc Form?