花粉の大量飛散時に出現する虹色のリング「花粉光環」とは？

花粉光環は、空気中を浮遊する微小な粒子によって出現する「光環」という現象のひとつです。花粉以外にも、微小な水滴や火山灰などによって発生することがあります。

光環現象は、光の回折(かいせつ)と干渉(かんしょう)という二つの現象によって生じます。

太陽光が花粉のような小さな粒子に当たると、光は粒子の表面からわずかに回り込むように周囲へ広がります。この現象を「回折」といいます。花粉粒子の表面の各所から広がった光の波は、その後互いに重なり合います。

波としての光が重なり合うと、強め合う場所と弱め合う場所ができます。これが「干渉」です。干渉によって、特定の角度では光が強くなり、その間の角度では弱くなるというパターンが生まれます。

この「光が強くなる角度」は太陽の方向を中心に円状に広がるため、空には太陽を取り囲む同心円状の輪として現れます。

太陽光はさまざまな波長（色）の光が混ざったものです。回折で光が強くなる角度は、光の波長によって少しずつ異なります。

波長の長い赤い光ほど大きな角度で強くなり、波長の短い青い光ほど太陽に近い角度で強くなります。そのため、輪の内側は青っぽく、外側ほど赤っぽくなり、虹色の輪が現れます。

また、干渉による強弱のパターンは一度だけではなく何度も繰り返されるため、虹色が青〜赤の1巡だけでなく複雑なパターンで繰り返し現れるのが光環現象の特徴でもあります。

なお、上空の薄雲によって出現するハロ（暈）やアークは、雲を構成する氷の粒で光が屈折(くっせつ)することで虹色が見えるタイプの異なる現象ですので、基本的には虹色は1巡となります。

上記のメカニズムは粒子1粒でも起こりますが、それだけだと全く知覚することはできません。多数の粒子が同じ現象を起こすことで、はっきり出現するようになります。

ただ、回折・干渉によるリングの位置は粒子の大きさに依存するため、火山灰や黄砂、霧の水滴などのように粒の大きさがバラバラだと、色が強まる位置がばらついてしまい、混ざって白っぽくぼやけてしまいます。

スギ花粉の大きさはおよそ30〜40µm程度と比較的そろっているため、粒径のばらつきが小さいのが特徴です。そのため多くの花粉が同じ角度で光を強め合い、虹色の輪がはっきりするのです。

回折によって光が強くなる角度は、花粉の粒子がどこにあっても太陽の方向を中心に一定となります。つまり、同じ大きさの花粉の粒子が多ければ多いほどリングの重なりが強調され、虹色がはっきりすることになります。

このため、花粉光環がはっきり出現しているときほど、大気中に漂っている花粉が多いと見積もることができます。

写真に撮ると見た目は美しい現象ではありますが、花粉光環は花粉の大量飛散を示すサインでもあります。花粉症の方は、花粉飛散予想や観測実況を確認して外出時の対策を行うようにしてください。
ウェザーニュース 花粉飛散予想
ポールンロボによる花粉観測状況

花粉光環は太陽のごく近くに現れる現象です。観察の際は太陽を直接見ないよう注意してください。

また、望遠鏡や双眼鏡、一眼レフカメラの望遠レンズなどで太陽を観察することは、失明や機材の破損につながるおそれがあり大変危険です。

スマートフォンなどで撮影する場合でも、太陽を長時間画面に入れ続けないよう注意してください。建物や電柱、太い木の枝などで太陽本体を隠すようにすると、周囲の虹色のリングが写りやすくなります。

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写真：ウェザーリポート（ウェザーニュースアプリからの投稿） 埼玉県久喜市 東京都国分寺市 群馬県高崎市 千葉県市川市 埼玉県川越市