虹色に輝くクモの巣

はじめに

ある日の朝。街を歩いていると、背丈くらいの高さの街路樹に小さなクモの巣がかかっていた。
クモの巣は朝日を受けて金色に輝くと同時に、虹色に染まっていて、とてもきれいだったんだ。

その景色を見た瞬間、ふと思った。 「あっ、この虹色に輝く理由を記事にしよう！」

・・・というわけで今回は、クモの巣が虹色に見える不思議を、物理の視点から解き明かせないか考えてみた！

と同時に、
「ちょっと待って！このクモはスパイだー！！」
と言うくだらないギャグを思いついてしまった・・・。穴があったら入りたい。

プリズム効果？

太陽光のような、いろいろな色の光が混じっているものは、屈折率の異なる透明な物質を2つくっつけて、全反射が起きないくらい、かつ90度よりは十分浅い角度で打ち込むと、「分光」という現象がおきる。

波長の長い、赤っぽい光は屈折しにくい・・・つまり曲がりにくい。
波長の短い、青っぽい光は屈折しやすい・・・つまり曲がりやすい。

この特徴で、勝手に色がバラバラに分かれるんだよね。

今度特集記事を書くけど、虹は、雨滴に突入した太陽光が雨滴内部で反射して、戻ってくるときにこのプリズム効果で光がバラバラになって七色に見えてるんだよね！

調べてみるとクモの糸はちゃんと透明。空気とはもちろん屈折率が違うので、プリズム効果で光が分かれるんじゃないかっていうのが最初の予想だったんだけど・・・。

なんとクモの糸の太さ、めちゃくちゃ細かった・・・。なんとたったの数ミクロンしかないんだって！ プリズム効果で光が分光されるには、大きさがいるんだよ。ちょこっとしか屈折せずにすぐに反射して出てくるとすこ〜しは虹色になるけど、ほとんど白になっちゃう。

だから、プリズム効果で、写真みたいにあんなに綺麗に色づくことは、ないはず！

回折の効果？

DVDやブルーレイディスク（もうCD-ROMは死語かもしれないので）って、虹色に盤面が光ってるよね。

あれは、データを刻んでいる「模様」が十分狭くて等間隔だから、回折という光が回り込む効果がその「模様」でいろいろな場所で起きている。

この回り込み方も

赤が回り込みにくくて、
青が回り込みやすい

という色による違いがあるんだよね。

だから、赤だけがいろいろなところから回折して目に届く場所や、青だけがいろいろなところから回折して目に届く場所が出てくる。これが「回折」による虹色が現れる理由。

クモの巣の糸ももちろん回折現象はおこすわけなんだけど・・・糸の間隔はどう見ても1 mmくらいあって、たくさんの模様があるから特定の光が強め合って色が見えているというのはあからさまに正しくない。

そもそも糸が1本1本綺麗な色に染まっているように見えるんだよね。 回折でもないのかなぁ・・・だんだん行き詰まってきた。

散乱の効果？

色による違いがある現象には、もう一つ「レイリー散乱」がある。詳細は以下の記事に譲るとして・・・。

レイリー散乱が起こるには蜘蛛の糸はあからさまに太すぎるんだよね。なにより、レイリー散乱では狭い範囲で虹色に染まることはありえない。

え〜、散乱でもないのかな。

おわりに

解決しなかった。

ということは、今考えているクモの糸のモデルが悪い。

今回わたしはクモの糸を透明な円柱としてモデル化したわけだけど、ここが怪しい。

引き続き検討していきたいとおもっていたら、こんな面白い文献をみつけた。

津山高専、井上さん、今村さん、佐藤さんの執筆した文献で「蜘蛛の糸が色付いて見えるのはなぜか」というもの。リンク切れしてなければここ（津山高専紀要 第６１号（２０１９））からみることができるよ！

わたしと同じような検討を進めていって、クモの糸の以下の微細構造に気がついてる。

わ〜！たしかに色がついている方向が同心円状じゃなくて、放射状だったから、周期的な構造は糸の方向にないとだめだわ〜！！

いや〜、わたし本当に高専は大好きだな！次は高専の教員になりたいくらい。

そのうち回折・・・じゃなかった、解説記事にしようかな！需要、ある？

それじゃまた、次の記事でお会いしましょう！
サラダバー！