Niezależnie od tego, czy uważasz, że są znakiem Bożej obietnicy, czy też czeka na ciebie garnek złota, tęcze są jednym z najbardziej radosnych pokazów natury.
Tęcze są w zasadzie światłem słonecznym rozproszonym na spektrum kolorów, które możemy zobaczyć. Ponieważ tęcza jest zjawiskiem optycznym (dla fanów science fiction to coś w rodzaju hologramu), nie jest to coś, czego można dotknąć lub które istnieje w określonym miejscu.
Czy zastanawiałeś się kiedyś, skąd pochodzi słowo „tęcza”? Część „deszczowa” oznacza krople deszczu wymagane do jej wytworzenia, natomiast „-bow” odnosi się do kształtu łuku.
Tęcze zwykle wyskakują podczas prysznica (deszcz i słońce w tym samym czasie), więc jeśli odgadłeś, że słońce i deszcz są dwoma kluczowymi składnikami tworzenia tęczy, masz rację.
Proces tworzenia tęczy rozpoczyna się, gdy światło słoneczne pada na a kropla deszczu. Gdy promienie słoneczne padają i wpadają do kropli wody, ich prędkość nieco zwalnia (ponieważ woda jest gęstsza niż powietrze). To powoduje, że ścieżka światła wygina się lub „załamuje”.
Tak więc, kiedy promień światła wchodzi w kroplę deszczu i wygina się, rozdziela się na długości fal koloru składowego. Światło kontynuuje podróż przez kroplę, dopóki nie odbije się (odbija) od tylnej części kropli i wychodzi z przeciwnej strony pod kątem 42 °. Gdy światło (wciąż podzielone na zakres kolorów) wychodzi z kropli wody, przyspiesza, gdy wraca na mniej gęste powietrze i załamuje się (drugi raz) w dół do oczu.
Zastosuj ten proces do całej kolekcji kropel deszczu na niebie i voilá, otrzymasz całą tęczę.
Czy zauważyłeś, że kolory tęczy (od zewnętrznej krawędzi do wewnątrz) zawsze zmieniają kolor na czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo, fioletowy?
Aby dowiedzieć się, dlaczego tak jest, rozważmy krople deszczu na dwóch poziomach, jeden nad drugim. Na poprzednim schemacie widzimy, że czerwone światło załamuje się z kropli wody pod większym kątem do ziemi. Kiedy więc patrzy się pod dużym kątem, czerwone światło z wyższych kropli przesuwa się pod odpowiednim kątem, aby spotkać oczy. (Inne długości fal koloru wychodzą z tych kropli pod bardziej płytkimi kątami, a zatem przechodzą nad głową). Właśnie dlatego czerwień pojawia się na szczycie tęczy. Teraz rozważ niższe krople deszczu. Patrząc na płytsze kąty, wszystkie kropelki w tej linii widzenia kierują fioletowe światło do oka, podczas gdy czerwone światło jest skierowane poza pole widzenia i skierowane w dół na swoje stopy. Dlatego kolor fioletowy pojawia się na dole tęczy. Krople deszczu pomiędzy tymi dwoma poziomami odbijają różne kolory światła (w kolejności od następnej najdłuższej do następnej najkrótszej długości fali, od góry do dołu), więc obserwator widzi widmo w pełnym kolorze.
Ponieważ krople deszczu mają stosunkowo okrągły kształt, tworzone przez nie odbicie jest również zakrzywione. Wierzcie lub nie, pełna tęcza jest w rzeczywistości pełnym kołem, tyle że nie widzimy drugiej połowy, ponieważ ziemia przeszkadza.
Kilka slajdów temu dowiedzieliśmy się, jak światło przechodzi przez trzyetapową podróż (załamanie, odbicie, załamanie) wewnątrz kropli deszczu, tworząc pierwotną tęczę. Ale czasami światło uderza dwa razy w tył kropli deszczu zamiast tylko raz. To „ponownie odbite” światło wychodzi z kropli pod innym kątem (50 ° zamiast 42 °), co powoduje powstanie wtórnej tęczy, która pojawia się nad głównym łukiem.
Ponieważ światło przechodzi dwa odbicia wewnątrz kropli deszczu, a przez 4 stopnie przechodzi mniej promieni, jego intensywność jest zmniejszana przez to drugie odbicie, w wyniku czego kolory nie są tak jasne. Kolejną różnicą między pojedynczymi i podwójnymi tęczami jest odwrócenie schematu kolorów podwójnych tęcz. (Jego kolory stają się fioletowe, indygo, niebieskie, zielone, żółte, pomarańczowe, czerwone.) Dzieje się tak, ponieważ fioletowe światło z wyższych kropel deszczu dostaje się do oczu, podczas gdy czerwone światło z tej samej kropli przechodzi nad głową. Jednocześnie czerwone światło z niższych kropel deszczu dostaje się do oczu, a czerwone światło z tych kropel jest skierowane na stopy i nie jest widoczne.
Wiosną 2015 roku media społecznościowe zapaliły się, gdy mieszkaniec Glen Cove w stanie Nowy Jork udostępnił mobilne zdjęcie czegoś, co wyglądało na poczwórną tęczę.
Choć teoretycznie jest to możliwe, potrójne i poczwórne tęcze są niezwykle rzadkie. Wymagałoby to nie tylko wielokrotnych odbić w kropli deszczu, ale każda iteracja spowodowałaby słabszy łuk, co sprawiłoby, że trzeciorzędowe i czwartorzędowe tęcze były dość trudne do zobaczenia.
Kiedy się formują, potrójne tęcze są zwykle widoczne w stosunku do wnętrza łuku pierwotnego (jak widać na zdjęciu powyżej) lub jako mały łuk łączący pierwotny i wtórny.
Tęcze widać nie tylko w niebo. Zraszacz ogrodowy. Mgła u podstawy zalewającego wodospadu. To wszystkie sposoby na dostrzeżenie tęczy. Dopóki jest jasne światło słoneczne, zawieszone kropelki wody i jesteś ustawiony pod odpowiednim kątem widzenia, możliwe, że tęcza może być widoczna!