太陽の白い光が７色に変わる！虹と光の分解メカニズム

太陽の光が７色に分かれる理由とは？虹とプリズムの関係、光の屈折や分散の仕組みを図解でやさしく解説します。

白色光が７色に変わる仕組みを知ろう
水滴とプリズムが果たす“光の分解”の役割
虹はどうしてあの角度に現れる？観察のポイント
プリズム実験で“光の屈折”を体感してみよう
子どもにもわかる！虹とプリズム、光の屈折まとめ
章まとめ
まとめ

雨上がりの空に突然あらわれる虹。その美しさの裏には、「光の屈折」と「分散」という科学のしくみが隠れています。太陽の白い光は、実は７色の光が混ざったもの。水滴やプリズムを通ると、それぞれの色が異なる角度で曲がり、私たちの目には虹として映ります。本記事では、虹が生まれるメカニズムをやさしく解説しながら、家庭でできる簡単なプリズム実験も紹介します。自然現象のふしぎを学びながら、光の世界を一緒にのぞいてみましょう。

白色光が７色に変わる仕組みを知ろう

太陽の光は一見「白色」に見えますが、実は多くの色の光が混ざり合ってできています。
この光が雨上がりの空で水滴を通ると、屈折と反射が起きて７色に分かれて見えるのです。
ここでは、白色光の正体から「なぜ７色なのか」までを、順を追ってやさしく解説します。

白色光とは何か？色の混ざり合わせの正体を探る

白色光とは、「赤・橙・黄・緑・青・藍・紫」といった複数の色（波長）が合わさった光のことです。
太陽の光は可視光線のすべてを含んでおり、目には“白く”見える仕組みになっています。

✅ 要点まとめ

白色光＝多くの波長（色）の光が混ざった状態
赤は波長が長く、紫は波長が短い
混ざると白に見えるが、分けると虹のように色が現れる

📊 図表例：「白色光の構成と波長の違い」
（横軸：波長 nm／縦軸：光の強さ。赤～紫のスペクトルをグラデーションで表示）

なぜ白色光が分かれる？「屈折」と「分散」の関係

光が空気から水やガラスなど異なる物質に入るとき、進む方向が曲がる現象を「屈折」といいます。
しかし、色（波長）によって曲がり方の角度が異なるため、光がバラバラに広がる――これが「分散」です。

✅ 要点まとめ

屈折：光が別の物質に入るとき方向が変わる現象
分散：波長の違いで屈折角が変化し、色が分かれる現象
水滴やプリズムが光を分けるのはこの「分散」のはたらき

📊 図表例：「屈折と分散のイメージ図」
（左：白い光がプリズムに入り → 右：赤・橙・黄・緑・青・藍・紫に分かれる図）

波長によって屈折角が違う理由とは？科学的背景

光の波長が短いほど、物質内での進み方が変化しやすくなります。
つまり「紫の光」は「赤の光」よりも強く曲がる性質があるのです。
この違いが虹の色の順番を決めています。

✅ 要点まとめ

波長が短い光ほど屈折率が高く、強く曲がる
紫 → 青 → 緑 → 黄 → 橙 → 赤の順に屈折角が小さくなる
これが虹の上（外側が赤・内側が紫）という配列になる理由

📊 図表例：「波長別の屈折角比較」
（横軸：色の種類／縦軸：屈折角度。紫が最も高く、赤が最も低いグラフ）

実際に見える７色はどう決まった？歴史と文化の視点

実は、虹の色の分け方は文化によって異なります。
日本では一般的に「７色」とされますが、アメリカでは６色、アフリカの一部地域では３色と表現されることもあります。
「７色」という考えは、ニュートンが光を研究したときに“音階の７音”に対応させたことが起源です。

✅ 要点まとめ

虹の色数は国や文化で異なる（例：日本＝７色、欧米＝６色）
ニュートンが光の分解実験で７色を定義した
科学的には連続したスペクトルで、色の境界は曖昧

📊 図表例：「国別の虹の色数比較表」
（列：国名、日本・アメリカ・ドイツ・ケニア／行：色数と名称）

💡 まとめポイント

白色光は「多くの波長が混ざった光」
屈折と分散が虹やプリズムの色分けを生む
波長の違いが“赤→紫”の順序を作る
７色という数え方は科学＋文化の融合から生まれた

水滴とプリズムが果たす“光の分解”の役割

太陽の白い光が７色に分かれるのは、「水滴」と「プリズム」がそれぞれ自然界と実験室で同じ働きをしているからです。どちらも光を“屈折”させ、“分散”させることで、白色光を色ごとに分けています。この章では、その仕組みを実際の現象と実験を通して見ていきましょう。

水滴はなぜプリズムのように働くのか？構造と原理

雨上がりの空気中には、たくさんの水滴が浮かんでいます。
これらの水滴は、光を屈折させる「レンズ」と「鏡」の両方の性質を持っています。
太陽光が水滴に入ると、一度屈折して分散し、水滴の内側で反射し、再び外に出るときにもう一度屈折します。
このとき、波長の違いによって進む角度が変わるため、７色の光が放たれます。

✅ 要点まとめ

水滴は球体のプリズムのように働く
光は「屈折 → 反射 → 再屈折」の３段階で７色に分かれる
光の波長によって屈折角が異なり、虹の色の順序が生まれる
赤は外側（屈折角が小さい）、紫は内側（屈折角が大きい）

📊 図表例：「水滴による光の屈折と反射の模式図」
（左：太陽光が水滴に入る矢印 → 内部で反射 → 外に出て７色に分かれる様子を矢印と色分けで図示）

プリズム実験で白い光が７色に変わる科学的証拠

【光のスペクトル】水の簡単プリズムで虹を描く｜自由研究におすすめ！家庭でできる科学実験シリーズ「試してフシギ」｜ NGKサイエンスサイト｜日本ガイシ株式会社

日本ガイシの家庭でできる科学実験シリーズ「試してフシギ」のご紹介。夏休み冬休みの自由研究・実験テーマにおすすめです。

日本ガイシ株式会社の科学サイトでは、ガラス製の三角プリズムを使った実験で「白い光の分解」を紹介しています。
プリズムに太陽光や懐中電灯の光を当てると、内部で波長の違いによって光が分かれ、壁などに７色の帯が映し出されます。
この現象は、水滴の中で起こる光の分散とまったく同じ原理です。

✅ 要点まとめ

ガラスプリズムは人工的に光を分解できる装置
光の波長ごとに屈折角が異なり、スペクトルとして現れる
白色光が複数の波長からできている科学的証拠になる
実験によって虹の仕組みを再現できる

📊 図表例：「プリズム実験の光の軌道図」
（白い光が左から入り、ガラス内部で分散して右に７色の光線が出る様子。
赤→橙→黄→緑→青→藍→紫の順に並ぶ）

雨上がりに現れる虹とプリズムの共通点

キヤノングローバルの光学ラボでは、プリズムと虹が「光学的に同じ現象」であることを説明しています。
どちらも「透明な物質を通るときの屈折と反射」「波長の違いによる分散」で生じます。
自然界の虹は、無数の水滴がプリズムの集合体となって空に大きな円弧を描いているのです。

✅ 要点まとめ

虹とプリズムは、光の屈折・反射・分散という同じ原理で成り立つ
自然界の水滴は、無数の小さなプリズムの集合体
観察者・太陽・水滴の位置関係が虹の角度（約42°）を決める
科学的に見ると、虹は“巨大な光の実験”といえる

📊 図表例：「虹とプリズムの共通原理図」
（左：三角プリズムで分かれる光／右：水滴群で生じる虹。共通構造を矢印で対応づけ）

💡 まとめポイント

水滴は自然のプリズムであり、光を分ける「屈折＋反射＋再屈折」で虹を作る
プリズム実験はその仕組みを再現する科学的証明
虹とプリズムは「光の分散」という同一現象で説明できる

虹はどうしてあの角度に現れる？観察のポイント

雨上がりに空を見上げると、太陽とは反対側の空に弧を描く虹が現れます。
実は、虹が見える位置や角度は“偶然”ではなく、光の屈折と反射によって決まっているのです。
ここでは、虹ができる角度の科学的根拠と、観察を楽しむためのコツを紹介します。

観察者・太陽・水滴の関係から虹の角度を理解する

虹が見える角度は、太陽・水滴・観察者の位置関係によって決まります。
太陽の光が水滴の中で屈折・反射・再屈折する際、特定の角度（約42度）で出てくる光が最も明るく観察されるのです。
この42度の角度を中心に、無数の水滴から出た光が集まるため、円弧状の虹ができあがります。

✅ 要点まとめ

虹は「太陽・観察者・水滴」が一直線に並ぶ位置関係で見える
光が水滴から出る角度はおよそ42度
赤い光は約42°、紫の光は約40°で反射してくる
地平線の高さによって虹の見える大きさが変化する

📊 図表例：「虹の角度と光の経路図」
（観察者→水滴→太陽の位置関係を矢印で示し、赤・紫の光線が異なる角度で出る様子を図示）

主虹・副虹の違いやその見え方の科学的理由

虹には「主虹（しゅこう）」と「副虹（ふくこう）」の２種類があります。
主虹はもっとも明るく見える基本の虹で、光が水滴内で１回反射してできるもの。
一方、副虹は水滴の中で２回反射して生まれるため、主虹よりも外側に、そして色の並びが反対になります。

✅ 要点まとめ

主虹：水滴内で光が１回反射 → 明るくはっきり見える
副虹：光が２回反射 → 薄く、色の順番が逆（赤が内側）
主虹の角度：約42°／副虹の角度：約51°
副虹が見えるのは、光が強く反射しすぎず散乱も少ない条件のとき

📊 図表例：「主虹と副虹の比較図」
（左：主虹（1回反射）／右：副虹（2回反射）。矢印で光の経路を示し、色の順序を反転表示）

晴れた日に虹を見やすくするための条件とは？

虹は雨上がりにいつでも見えるわけではありません。
見えるかどうかは、「太陽の高さ」「水滴の位置」「空気の透明度」など、いくつかの条件が関係します。

✅ 見やすい条件のポイント

太陽が**低い位置（15〜30度）**にある朝や夕方が最適
太陽を背にして、反対側の空を見る
雨が止んだ直後で、空気中に細かい水滴が残っているとき
背景の雲が少なく、明るい空のとき

📊 図表例：「虹が見える条件チェックリスト」
（項目ごとに◎／△／✕で表記：時間帯・天気・太陽の高さ・風向きなど）

子どもや家族で楽しむ“虹観察”のヒント

虹の観察は、理科の学びと自然体験を組み合わせた楽しいアクティビティです。
家庭でも簡単な方法で虹を作ったり、条件を工夫して探したりできます。

✅ おすすめの観察方法

庭や公園でホースの霧状の水を太陽光に当てて人工の虹を作る
早朝または夕方に、西（または東）の空を観察して虹を探す
透明なプリズムやCDを使って光の反射を比べる実験をする
見つけた虹をスマホで撮影し、角度や色の順番を家族で確認する

📊 図表例：「家庭でできる虹観察の方法図」
（ホースの水・太陽・観察者の位置関係を示すイラスト）

💡 まとめポイント

虹は太陽と水滴と観察者の位置関係によって約42°の角度で見える
主虹は1回反射・副虹は2回反射によってできる
朝夕など太陽が低い時間帯が最も観察に適している
家庭でも虹を再現することで、光の屈折と分散を楽しく学べる

プリズム実験で“光の屈折”を体感してみよう

プリズムを使えば、太陽の白い光が７色に分かれる様子を自分の目で確かめることができます。
この実験は特別な装置を使わず、家庭でも安全にできるシンプルな科学体験です。
光の屈折と分散の仕組みを「見る」ことで、虹がどうしてできるのかがぐっと身近に感じられます。

家庭でもできる簡単プリズム実験の手順

日本ガイシの家庭でできる科学実験シリーズ「試してフシギ」のご紹介。夏休み冬休みの自由研究・実験テーマにおすすめです。

日本ガイシ株式会社の理科実験紹介でも紹介されているように、
透明な三角プリズムと太陽光（または懐中電灯）を使えば、白い光の分解を観察できます。

✅ 実験に必要なもの

三角プリズム（ガラスまたはアクリル製）
白い紙または壁（投影用）
懐中電灯または太陽光
黒い布やカーテン（背景を暗くするため）

✅ 実験の手順

白い紙を壁や机の上に置く。
光をプリズムに当てる（角度はおよそ45°）。
プリズムを少しずつ回して、紙の上に「赤～紫」の光の帯が現れる角度を探す。
見つけたら、スマホで写真を撮って波長ごとの色の並びを観察。

📊 図表例：「プリズム実験の手順図」
（左：懐中電灯→プリズム→右：白い紙に７色の帯が映る様子）

✅ 要点まとめ

白色光はプリズムを通ると分散して７色に分かれる
光の入射角を変えると、見える角度や色の幅が変化する
黒い背景にすると光の帯がくっきり見える

屈折角・分散・波長の関係を実感するコツ

プリズムで光を観察するとき、光の「屈折角」と「波長」に注目すると理解が深まります。
波長の短い光（青・紫）は屈折が大きく、長い光（赤）は小さく曲がります。
これを意識して観察すると、単なる「きれいな色」から「科学のしくみ」へと一歩踏み込めます。

✅ 観察のコツ

光の入射角を変えて、色の分かれ方を比べてみる
白い紙を斜めに置くと色の境界が見やすい
午前中や午後の自然光を使うと安定した光が得られる
紫の光は見えにくいが、青の外側にうっすらと現れる

📊 図表例：「波長と屈折角の関係グラフ」
（横軸：波長 nm／縦軸：屈折角度。赤から紫に向かって角度が大きくなる曲線）

✅ 要点まとめ

波長の違いが屈折角を変える要因
赤は曲がりが小さく、紫は曲がりが大きい
観察角度を調整することで分散の仕組みを体感できる

失敗しがちなポイントとその対策

プリズム実験は簡単に見えて、少しの条件で結果が変わります。
よくある失敗例と対策を知っておくと、きれいなスペクトルを出しやすくなります。

✅ よくある失敗と対処法

失敗例	原因	対策
色が出ない	光の角度が浅い／背景が明るすぎる	光を45°前後に当て、部屋を暗くする
色がぼやける	紙が遠い／光が拡散している	紙を近づけ、懐中電灯にレンズを使う
色の順番が見えにくい	入射角がずれている	プリズムをゆっくり回して角度を調整

📊 図表例：「失敗例と改善例の比較図」
（左：ぼやけた光／右：鮮明な７色の光。矢印で調整角度を示す）

✅ 要点まとめ

光源は直射光が理想（太陽光または強いLED）
背景を暗くしてコントラストを上げる
プリズムを動かしながら最適な角度を探す

観察結果から得られる学びと自由研究活用アイデア

プリズム実験は、光の性質を楽しく学べるだけでなく、自由研究にもぴったりです。
観察した結果を表やグラフにまとめると、理解が深まり、発表にも活かせます。

✅ 学びのポイント

光の屈折・分散・波長の関係を目で確認できる
太陽光が「７色の光」からできていることを実感
実験条件を変えると結果がどう変わるかを探求できる

✅ 自由研究アイデア

「プリズムの角度と光の分かれ方の関係」
「天気や時間帯による色の見え方の違い」
「水滴を使って虹を再現してみよう」
「プリズムとCDの反射で比べる光の分散」

📊 図表例：「観察結果のまとめ表」
（列：角度・光源・見えた色／行：観察結果を記録）

✅ 要点まとめ

観察記録を写真やグラフにまとめると理解が深まる
光の屈折は、日常の「虹」「CDの反射」などにも応用できる
家庭でも安全に体験できる科学学習テーマとして最適

💡 まとめポイント

プリズム実験で光の屈折と分散を視覚的に理解できる
光源の角度や強さを調整することで結果が大きく変わる
自由研究では角度・波長・色の順序などを比較すると効果的

子どもにもわかる！虹とプリズム、光の屈折まとめ

「虹」や「プリズム」は、どちらも“光のふしぎな動き”を見せてくれる自然の実験です。
白い光が７色に分かれるのは、光が「屈折」して「分散」するから。
ここでは、これまでの学びをわかりやすく整理しながら、日常で活かせるポイントも紹介します。

虹・プリズム・光の屈折、３つのキーワードを整理

これまで登場した３つの重要な言葉、「虹」「プリズム」「屈折」には、それぞれ大切な意味と関係があります。
もう一度、整理しておきましょう。

✅ ３つのキーワードの関係

キーワード	しくみ	関係する現象
虹	太陽光が水滴で屈折・反射して７色に分かれる	雨上がりの空、噴水、霧など
プリズム	光を屈折させて波長ごとに分けるガラスの三角柱	実験・光学機器・カメラレンズ
屈折	光が異なる物質を通るときに進む方向が変わる現象	水槽・コップの水・ガラス

✅ 要点まとめ