気象条件が完璧に揃った際、主虹の外側にうっすらともう一本の虹が重なって現れることがあります。これこそが二重虹ダブルレインボーの真相であり、大気光学現象のなかでもひときわ美しい光景です。
まず、虹が見える気象条件と原理を整理すると、以下の3つの要素が同時に満たされる必要があります。
- 観察者の背後に太陽が出ていること（太陽高度が約42度以下であること）。
- 観察者の前方の空に、雨を降らせている雨滴群（スクリーン）が存在すること。
- 大気中の空気がある程度澄んでおり、直射日光が雨粒に遮蔽されず届くこと。
この条件下で通常見える明るい虹を「主虹（プライマリー・レインボー）」と呼び、水滴の内部で光が1回だけ全反射して届きます。これに対して、主虹の外側に現れる薄い2本目の虹は「副虹（セカンダリー・レインボー）」と呼ばれます。
副虹の最大の特徴は、「色の並び順が主虹と完全に逆転している」という点です。水滴の内部で光が2回反射してから外に出てくるため、屈折の幾何学的関係が反転し、副虹では「外側が紫で内側が赤」になります。2回反射する過程で光の強度が失われるため、副虹は主虹に比べて暗く見えます。主虹と副虹に挟まれた空の領域は「アレキサンダーの暗帯」と呼ばれ、光が届きにくいため周囲の空よりも一段と暗く見えるという気象学的特徴もあります。
