ブロッケンスクリーン

【原理】 ブロッケン現象での，観察者の頭の回りに生じる虹のような色彩の輪は，グローリーと呼ばれる光の輪です。実際のグローリーは，粒のそろった霧の水滴と太陽光で生じますが，光輪シートの実験を通して，直径0.05から0.06mm程度の，透過率と屈折率の高いガラスビーズでも生じることがわかりました。したがって，この大きさの粒の揃ったガラスビーズでスクリーンを作り，観察者の影を強力な光源によって映すことにより，ブロッケンの妖怪やブロッケンの虹を観察することができます。このブロッケンの虹（グローリー）の原理は大変複雑で，虹のように直線の光線の作図では説明できません。水滴の一端に入った光が，水滴内で小さな角度で何回も反射していき，水滴表面に沿って曲げられ，色によって少しずつ異なる小さな角度で，ほぼやってきた光線の方向に出ていきます（後方散乱といいます）。こうして，見る人の目の回りにくっきりした色の輪ができます。詳しい説明は，鶴田氏の「光の鉛筆」を参照ください。

●実験のしかたとコツ
【材料】　0.06mmガラスビーズ（（株）東芝バロティーニ社のチタン酸バリウム製）、黒画用紙、合板、１０００Ｗ白熱電球、電球用ソケット、スプレー糊（光輪シートと同じもの）

【方法】　
�@　合板に黒画用紙（模造紙の大きさ）を張り付ける。
�A　スプレー糊を均一に黒画用紙上に吹きつけ、ガラスビーズをふりかけていく。
�B　ビーズが一層になるよう、板を揺すってまんべんなくガラスビーズが行き渡るようにする。
�C　ライトを点灯し、観察者の頭の影がブロッケンスクリーンに映るようにする。
�D　頭の周囲に回折で生じた光輪が観察されることを確認する。

【発展】　広い壁に大きなスクリーンを作り、影を映しだしてみよう。

	カメラの影の周りに生じた光輪。タングステンランプは赤や黄色が強いため、白っぽい点光源がよい。ここでは画像処理により，肉眼に近い表現にした。
装置の様子	数人で並んで影を作って観察するとおもしろい。観察者の頭（本当は目）の周囲にしか光輪は生じない。 また左右に移動すると光輪がついてくるのもおもしろい。

●気をつけよう
ライトは熱を持つため、周りに可燃性のものは置かないようにしよう。また、強い光は長時間見つめないようにしよう。

●開発にあたって
私はガラズビーズを用いた透過型光輪シートを開発し，物理教育学会誌にて発表しましたが，このシートを反射型として用いると，グローリーが自分の頭の影の周囲に生じることを確認しました。手軽にいつでも観察でき，自然現象と比較しながら現象の本質を探ることができます。飛行機に乗って窓の外を見ると，雲に機影が映っていることがあります。このとき，見ている人の位置を中心に，ブロッケンの虹が見えるのもおもしろいです。

○参考文献
ハテ・なぜだろうの物理学�V　J･ウォーカー著　戸田盛和他共訳　
新技術コミュニケーションズ　第３・光の鉛筆　光技術者のための応用光学　鶴田匡夫　p.91　
光輪シートの製作　足利裕人　物理教育vol.46,No.4,p.196,197

第５回サイエンス展示・実験ショーアイディアコンテストにおいて，日本科学未来館館長賞をいただきました。

なんと，館長は宇宙飛行士の毛利衛さんです。	このブロッケンスクリーンの製法は，平らな板に黒の両面テープを張り，その上にビーズを散布し，ローラーでならしたそうです。 大変均一にビーズが分布しており，私の製作したものより，はるかにきれいに同心円の光の輪（ブロッケンの虹）が観察できました。 右中の図の中央の青い板には，足の裏の型がつけてあり，ここに乗って観察すると，右上の図のように，光の輪が観察できます。これより高原に近づくと虹は大きくなり，遠ざかると小さくなります。数人で観察すると，自分の目の周囲にしか虹ができていないことに気づきます。また，移動すると虹がついてくることが分かります。。	（株）ムラヤマ製作のブロッケンスクリーンセット。さすがプロの作品。巡回展示が待ち遠しい。
右の顕微鏡には，虹ビーズとブロッケンビーズが並べて観察できるようになっています。それぞれ直径が0.2mmと0.05〜0.06mmと，大きさの違いが比較できるようになっています。また，左に立てかかっているボードには，虹スクリーンとブロッケンスクリーンが並べてあり，光源の光を背にしてスクリーンを観察したときの見え方の違いが比較できるようになっています。		ライトは私が購入した1000Wのリフレクターランプと同じものを利用。しかし，20秒で自動消灯したり，内部に防火用断熱材を入れたりと安全面に配慮されている。

ＡＳＨＩさんちへ戻る