前回は光の屈折による発色現象として虹のお話をしました。今回は、虹と一見よく似てはいますが、虹とは全く発生原理の異なる、「光環(こうかん) ≪※1≫ 」と呼ばれる現象についてお話します。太陽や月の周りにうっすらと一見虹によく似たぼやけた環が見えることがあります。薄い雲や霧がかかった時に見られることが多いのですが、これは光環と呼ばれる気象現象です。また、夜にほろ酔い加減で帰宅途中に公園などにさしかかると、公園の照明光源の周りに虹のような環が見えることがあります。酔っ払っているせいで見える訳ではありません。これも光環です。光環の色の現れ方は、円形の最も外側の赤から最も内側の紫へと連続的に変化しています。虹は光の屈折現象によって発生しますが、光環は、光の回折現象によって発生します。

右図は池やプールなどに設けられた穴の開いた隔壁に向かって波（平面波）が寄せてくる場合のイメージ図です。隔壁の穴を通って波が向こう側へ伝播して行くのですが、波の波長（ λ ）が長いほど（ λ ₂ ＞ λ ₁ ）回り込み方が顕著であることを示しています。水面の波は眼でも明らかにわかる長い波長ですので、波の回り込みも明瞭に観察されます。また、眼には見えませんが、ラジオやテレビの放送に使われる電波は、非常に長い波長であるため、障害物の後ろまで容易に回り込みます。家の中でもラジオが聴けるのは、放送局からの電波が回折現象によって家の中の隅々まで届くためです。光の波長は電波に比べて極めて短いため、水面の波や電波のような顕著な回折現象は起こりませんが、それでも電磁「波」であるため、詳しく調べると僅かながら回折現象が発生することが確認できます。

人間の眼では直接にはなかなかわかりませんが、大気中には多くの微粒子が浮遊しています。これらの微粒子に光が当たると、その光が微粒子によって回折されます。1 個の微粒子に着目して、回折の様子を拡大してイメージしてみましょう。光源（太陽）から来た光が微粒子に到達すると、ある波長の成分について、右上図のような回折の仕方をすると考えられます。光源からの光が白色光である場合には様々な波長成分が含まれていますので、それらの波長毎に回折光の進行方向（角度）が変わることになります。つまり、光源と微粒子を結ぶ直線を光軸として、その光軸周りに、波長毎に頂角の異なる円錐状にこのような回折光が、軸対称に発生している訳です。

一番上に描いた微粒子での回折光は光源からの光の進行方向を光軸として微粒子を頂点とする円錐状に進行し、円錐の頂角は長波長光（赤）が最も大きく、短波長光（青）が最も小さくなります。これらの回折光の内、観察者との位置関係から長波長光（赤）のみが観察者の眼に入射します。

上から 2 番目に描いた微粒子でも全く同様な回折が起こりますが、観察者との位置関係から、この場合は中波長光（緑）のみが観察者の眼に入射します。

同様に、上から 3 番目に描いた微粒子からの回折光では、短波長光（青）のみが観察者の眼に入射します。

光源からの光が白色光である場合には、これらの現象が全微粒子で同時に発生しており、それぞれの微粒子からの異なる波長の回折光成分が同時に観察者の眼に入射してくることになります。

つまり、観察者側から見れば、眼から光源への方向を光軸とし、眼を頂点とする様々な頂角の円錐群の稜線毎に波長の異なる光が入射してくることになります。その結果、光源（太陽）を中心にして、外側が長波長光（赤）、まん中が中波長光（緑）、内側が短波長光（青）の、同心円状の一見虹のような縞模様が見えることになります。