Jak powstaje tęcza?

Jak powstaje tęcza?

Tęczą zachwycał się w swoim życiu każdy z nas przynajmniej raz. Nic dziwnego, jest niesamowitym zjawiskiem, nad którego pochodzeniem ludzie zastanawiali się od wieków, szukając racjonalnego uzasadnienia jej powstawania.

Jeden z angielskich poetów martwił się, że naukowe objaśnienia „odbrązowią tęczę”, a racjonalne wytłumaczenie jej powstawania i opis innych zjawisk pozbawią świat tajemniczości.

Nic bardziej mylnego – dopiero bliskie poznanie całego zjawiska tęczy pozwali każdemu z nas podziwiać ją w pełni.

Główny łuk, wielobarwny i zachwycający, to zaledwie początek. Na zewnątrz widać ciemniejszy pas nieba, natomiast dalej drugą, słabszą krzywiznę o odwróconym porządku kolorów. Wewnątrz występuje z kolei szereg zielonkawo-fioletowych łuków, tzw. wielokrotnych. Jasność tęczy może się zmieniać wzdłuż jej szerokości i długości. Bywa również, że w okolicy najwyższego punktu rozszczepia się ona na osobne łuki.

Naukowe wyjaśnienie istoty tęczy po raz pierwszy zaproponowali uczeni w XIV wieku. Byli to zupełnie niezależni od siebie perski uczony Kamal al-Din al-Farisi oraz Niemiec, Theodor z Fryburga. Jednak wiele niejasności przetrwało do dziś. Dokładny opis procesu, jaki towarzyszy powstawaniu tęczy, wcale nie jest prosty.

Każda kropelka wody w powietrzu równocześnie pełni trzy funkcje: zwierciadła, soczewki i pryzmatu. Światło słoneczne jest rozpraszane w każdym kierunku, ale z różnym natężeniem. Najwyższą wartość osiąga ono przy kącie 138° mierzonym względem kierunku padania. Jeżeli oglądamy pod tym kątem kropelki względem pozycji Słońca, zauważymy, że są jaśniejsze – wszystkie razem tworzą okrąg. Zazwyczaj widać jedynie jego górną połowę, ponieważ zbyt mało kropelek znajduje się w pobliżu powierzchni Ziemi.

Kąt 138° sprawia, że tęczę możemy obserwować, gdy stoimy tyłem do Słońca. Dokładna miara kąta zmienia się nieco z długością fali, sprawiając, że światło słoneczne rozszczepia się na kolorowe pasy. Podwójne odbicie wewnątrz kropelek powoduje powstanie zewnętrznego łuku. Interferencja fal generuje łuki wielokrotne. Spłaszczenie kropelek odpowiada za zmiany jasności wraz z długością łuku, a ich różne średnice powodują separację łuków. Światło ulega także polaryzacji podobnie jak w przypadku odbicia od powierzchni wody.

Fizycy nie potrafią wyjaśnić, dlaczego widzimy ciągłe widmo jako zestaw wyraźnie innych kolorów. Ostateczne połączenie różnych zjawisk, które odbieramy jako tęczę, następuje w naszych mózgach, a nie na niebie.