ペットボトルに日光が当たって映し出される『光の輪』の仕組みを探れ！

玄関の床に差し込む日差しの中に，偶然ですが，炭酸系ペットボトルを置いた時のことです。不思議なことに，ペットボトルの周りにまん丸の光の輪ができたのです。 ペットボトルの影が斜めに映っています。これだけなら，何の不思議もありません。なのに，なぜか光の輪が出現し，しかも真上から見ると，ペットボトルを中心にした同心円なのです。なぜ？どうして？WHY？ 別の場所で実験してみると，映し出されたのは同心の二重円だけではありませんでした。What’s happening？ ペットボトルを持ち上げて見ると，同心円が大きくなります。これまた，なぜ？どうして？WHY？ 仕組みが知りたくて，板で入射光を遮ってみました。ペットボトルの前を上から下へ下ろしていくと？　光の輪が外側から内側へと消えていきます。どうやら前側の光の輪は，ペットボトルの円柱部分の表面で反射した光が映し出しているようです。そして，円柱の上部が外側，円柱の下部が内側の円を映し出しているようです。 次に，前面を横から遮ってみると，後方の光が見えなくなる際に２回，扇形の影が開閉するかのように見えます。その影の濃さや動きに違いがあるのはどうしてなのでしょう？ ペットボトルの後ろを遮ってみると，後ろ側の光の輪が消えていきました。前の部分には，しっかり光の輪が映っています。どうやら，後ろ側の光の輪には，ペットボトルを透過した光も関係しているようです。 でも，そうだとしたら，反射した光と透過した光が繋がって輪になったことになります。そんな都合の良いことが起こるのでしょうか？　何がどうなっているのか説明がつきません。 森本雄一さんからお借りした，輪がたくさん入ったペットボトルでは，同心円が何重にも映し出されました。不思議でおもしろい！ 仲間の人達に相談してみましたが，明確な解説が出てきません。 そこで，集光できる強力LEDライト，グリーンレーザー，スモークマシンで，実験的に検証してみました。 理科室を暗室にして，床に白い発泡スチロールボードを敷き，ペットボトルを置きます。斜め上から，強力LEDライト（太陽光の代用）を絞ってペットボトルに当てます。すると，玄関で見つけた現象と同じように，光の輪が映りました。 同心円なので，内部に光源が作られているのかもしれません。そこで，真上からライトを照射してみると？　あの同心円は現れません。 次に，レーザー光線を斜め上から照射すると，表面で反射した光点①，中を透過して反対側にできた光点②だけでなく，もう１つの光点③が現れました。 角度をもっと浅くすると，さらに光点④が現れました。もうどうにも訳がわかりません！ 反射？屈折？ それを確かめるために，ペットボトルの中と周囲にスモークを焚きました。 光点①はペットボトルの表面で反射したもので，光点②は入射光がペットボトルを透過してできたものでした。光点③はペットボトルの内側で反射した光線が，ペットボトルを透過してできたものだとわかりました。 光点④は，ペットボトルの内側で反射した光線が，反対側の内面でまた反射して，ペットボトルを透過してできたものでした。ペットボトルは透明なのに，内部で２回も反射しているなんて思ってもみませんでした！ レーザーをスタンドとクランプで斜めに固定して，平台車に乗せて平行移動させました。すると，ペットボトルの表面で下向きに反射した光点①がボードに当たることで，その軌跡が同心円を映し出していることがわかりました。 この同心円はペットボトルの側面までで，影の部分までには入り込んでいません。なんと透過した光点②の軌跡と影の部分で繋がって，円を形作っているのでした。光点①と光点②の軌跡で大きな円，光点③と光点②の軌跡で小さな円ができています。このように光点①②③の軌跡が連なって，光の輪が作り出されていたのです。 光点①と②の軌跡を赤円，光点②と③の軌跡を青円で描いてみました。黄緑の円は光点③と④の軌跡でしょうか。偶然見つけた光の輪は，このようにして映し出されていたことがわかりました。 また，光の輪はペットボトルを中心にした同心円だと思い込んでいました。しかし，実際には中心が少しズレたところにあることも判明しました。 机上で考えるだけでなく，実際にものや道具を駆使して確かめてみることの大切さを実感した，楽しい検証実験になりました。