虹
水滴外の入射光を延長したラインと水滴の中心の距離(粒子衝突における衝突径数に相当。以下" b {\displaystyle b} "を用いる)が異なると、光と水滴表面のなす角度が変わるため、出射光の角度も様々なものとなる。それにもかかわらず、ある波長の光が特定の角度で強くなるのは、この散乱角θがbの関数で表したときに極値を持ち、その角度では、単位角度あたりの入射光のbの範囲(つまり逆関数b(θ)の微分)が発散するからである。これを虹散乱(rainbow scattering)といい、光学だけでなく原子物理や核物理での原子虹と呼ばれる類似の現象も指している。
平たく言えば、水滴を固定して太陽光(入射光)を水平に入れ、入射光の高さを水滴の中心方向(水平)から徐々に上げていくと、太陽光が水滴から出る方向も次第に下向きになる。しかし、入射光がある高さ付近になると、太陽光が水滴から出る方向の変化が小さくなり、今度は逆に上がり始める。この高さ付近から入る太陽光はみなほぼ同じ方向に出て行くことになり、この部分だけ強い光が出て行くことになる。このような仕組みで、「太陽」-「プリズムとなる水滴」-「観察者」のなす角度が特定の角度になったときに虹が見え、色が分かれる。
理論的には、赤色B線(686.
ロジャー・ベーコン(1219年 - 1292年)は「虹の見える角度」を測定して、「太陽の高度が42度以上だと虹が現れない」ということを発見した。
ドイツのフライブルクのディートリヒ(英語版)(1250年頃 - 1310年頃)(ラテン名はテオドリクス)は、「虹の色はどうしてできるのか」を研究していたが、ある日、蜘蛛の巣についた水滴がまるで虹のように輝いて見えることに気がついた。ディートリヒはもっと大きな水滴を作るために、丸いフラスコに水を入れて、太陽の光を当てればきれいな色が見えるかもしれないと考えて実験した。フラスコの中で反射した太陽光の光点が、フラスコの下の縁に位置するようにすると、それまで白く見えていた光が赤く変わるのを発見した。そのままフラスコを少しずつ下に下げると、光は「 赤→ 黄→ 緑→ 青」と変化した。ディートリヒはこの色の順番が虹と同じあることを確認した。ディートリヒはさらにこの光がどこから入っているのかを確かめ、フラスコの上から入った太陽光が内部で反射して、フラスコの下の方から出ると色が付くことを発見した。ディートリヒはさらに、フラスコをもっと上に上げると、今度は下から入った光が反射して上から出る時にも色が付くことを発見し、これは副虹と同じ順番に色が見えることも確認した。
虹はさまざまな色を含むが、そのすべてが太陽の白色光から分かれたものであり、各色の間に明確な境界を引くこともできない性質から、虹色の旗が「多様性」「共存」の象徴として、1978年にセクシュアリティの多様性と共存という意味合いからLGBTの象徴としても用いられるようになった。2000年代以降にはアメリカ合衆国外にも、この意味が普及した(レインボーフラッグ)。