Undele de lumină prezintă un comportament colorat pe măsură ce călătoresc din aer în apă și înapoi.
Curcubeele sunt o priveliște binevenită după furtunile de ploaie mohorâte și anoste. Cu toate acestea, deși sunt unul dintre cele mai îndrăgite fenomene meteorologice, ele nu pot fi prognozate. Aceste iluzii optice se formează spontan atunci când picăturile de apă (picături de ploaie sau ceață de la aspersoarele de gazon până la cascade) dispersează lumina în culorile sale componente prin două procese cunoscute sub numele de refracție și reflexie.
Condiții ideale pentru a observa un curcubeu
Crearea unui curcubeu nu este la fel de simplă ca amestecarea soarelui cu apa; altfel, curcubeele ar urma după aproape orice ploaie. Modul în care aceste două ingrediente interacționează determină dacă se formează sau nu un curcubeu.
Priviți spre cer imediat după o furtună de ploaie de dimineață sau de după-amiază
Unul dintre cele mai bune momente pentru a găsi lumină și picături de apă împreună este aproape de sfârșitul unei furtuni de ploaie, când soarele iese de după norii de ploaie și o pulbere de picături de ploaie încă plutește în aer, unde pot capta lumina soarelui.
Pe măsură ce lumina soarelui strălucește într-o picătură de ploaie, undele de lumină călătoresc din aer în apă. Deoarece apa este mai densă decât aerul, unda de lumină încetinește și se îndoaie sau se „refractă” pe măsură ce intră în picătura de ploaie. Odată ajunsă în interiorul picăturii de apă, lumina călătorește spre suprafața posterioară curbată a picăturii, ricoșează sau se „reflectă” de pe aceasta, apoi călătorește înapoi prin picătură și iese pe cealaltă parte. Lumina se refractă din nou pe măsură ce iese din picătură și, la reintrarea în aer, se împrăștie în toate direcțiile — în sus, în jos și în lateral — în timp ce călătorește spre ochii observatorilor.
Această refracție este cea care dă naștere amestecului de culori pentru care curcubeele sunt faimoase. Amintiți-vă că lumina „albă” este compusă din toate culorile vizibile din spectrul electromagnetic: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet.
Pe măsură ce lumina soarelui este refractată, fiecare dintre lungimile de undă componente ale luminii se refractă cu o cantitate ușor diferită și se îndoaie, de asemenea, la un unghi diferit, ceea ce face ca fasciculul de lumină să se desfacă și să se separe în lungimile de undă de culoare individuale. Lungimile de undă violete, care au cea mai mare frecvență, sunt refractate cel mai mult. Ele se deplasează spre un observator la cel mai ascuțit unghi — 40 de grade față de traiectoria pe care lumina soarelui a intrat inițial în picătură — motiv pentru care este culoarea cea mai interioară din arcul unui curcubeu.1
Între timp, roșul cu cea mai joasă frecvență se refractă cel mai puțin. Acesta se deplasează spre ochii unui privitor la un unghi de 42 de grade față de traiectoria luminii solare și, prin urmare, constituie banda de culoare cea mai exterioară.1 Celelalte cinci culori ale luminii se deplasează la unghiuri între acestea două.1
Deși fiecare picătură dispersează întregul spectru de culori, se vede o singură culoare per picătură de ploaie. De exemplu, dacă lumina verde ajunge la ochiul dumneavoastră, lumina violetă din aceeași picătură va trece peste capul dumneavoastră, iar lumina roșie va cădea spre pământ în fața dumneavoastră. Dacă ați auzit vreodată spunându-se că curcubeele sunt unice pentru fiecare observator, acesta este motivul; fiecare vede propriul său curcubeu creat de un set diferit de picături de apă și raze de soare diferite.1
Stați cu soarele în spatele dumneavoastră
Pentru a vedea curcubeul rezultat, un observator trebuie să fie poziționat exact. Soarele ar trebui să fie la spatele dumneavoastră, iar picăturile de apă, în fața dumneavoastră.
Un alt lucru despre soare: ar trebui să fie jos pe cer.2 Dacă este direct deasupra capului, cum este cazul soarelui de la amiază, unghiul soarelui va fi prea mare pentru a forma unghiurile necesare de 42 de grade cu ochii noștri, și un curcubeu nu va apărea.
Cu cât terenul este mai înalt, cu atât priveliștea este mai bună
De la sol, un curcubeu are o formă curbată de „arc” deoarece razele sale călătoresc spre ochii unui observator atunci când privește în sus, la dreapta și la stânga la 40-42 de grade.1 Totuși, dacă vă aflați pe un munte sau într-un avion, veți putea privi și în jos la un unghi de 42 de grade (solul va fi prea departe pentru a vă bloca vederea).1 Acesta este motivul pentru care curcubeele văzute de la înălțimi mari apar ca cercuri de 360 de grade. (Amintiți-vă: curcubeele complete nu sunt același lucru cu gloriile.)
Când ploaia se potolește sau lumina soarelui slăbește, curcubeele se estompează
Dacă observați un curcubeu, asigurați-vă că vă bucurați de el cât puteți. Va dura doar atâta timp cât picăturile de ploaie rămân suspendate în aer, unde pot capta cu ușurință razele soarelui, și atâta timp cât soarele strălucește. Cu alte cuvinte, curcubeele sunt priveliști de scurtă durată. Curcubeele cauzate de aversele de ploaie durează cel mult câteva minute, în timp ce cele asociate cu cascade sau alte surse de apă similare pot dura până la câteva ore. Desigur, la sfârșitul anului 2018, un curcubeu a strălucit deasupra Taipei, capitala Taiwanului, China, timp de aproape 9 ore.
Variații ale curcubeului
Ca și cum curcubeele clasice nu ar fi suficient de minunate de privit, mici schimbări în ingredientele lor, cum ar fi sursa de lumină și dimensiunea picăturilor de apă, creează o serie de variații ale curcubeului.
Curcubee duble
Dacă lumina se reflectă nu o dată, ci de două ori în interiorul unei picături de ploaie, se va forma un curcubeu secundar. Deoarece această lumină re-reflectată iese din picătură la un unghi de 50 de grade, în loc de 42, acest arc secundar se află deasupra arcului primar.1 Culorile sale sunt, de asemenea, inversate (roșul apare în partea de jos și violetul în partea de sus). Curcubeele secundare sunt, de asemenea, mai slabe, deoarece o parte din lumină se pierde din picătura de apă în timpul reflexiei suplimentare și se pierde în aerul exterior.
Sunteți curioși despre regiunea întunecată, umbroasă, intercalată între cele două arce? În realitate, această zonă, numită „banda lui Alexandru” după filosoful grec Alexandru din Aphrodisias, care a descris-o pentru prima dată în jurul anului 200 d.Hr., nu este mai întunecată decât aerul înconjurător.3 Deoarece lumina din interiorul arcului primar și din exteriorul arcului secundar suferă o dispersie sporită de la picăturile de ploaie și, prin urmare, pare mai strălucitoare, zona intermediară pare pur și simplu neiluminată în comparație.
Curcubee lunare
După cum sugerează și numele lor, curcubeele lunare sau curcubeele selenare sunt alimentate de lumina lunii în loc de lumina soarelui. Deoarece luna este de 400.000 de ori mai slabă decât soarele, așteptați-vă ca culorile unui curcubeu lunar să fie mai estompate decât cele ale gemenilor lor de zi.
Curcubee de ceață
Dacă picăturile de apă sunt prea mici pentru ca lumina să se refracte, cum este cazul picăturilor de ceață foarte fină, se va forma un curcubeu „alb” sau „fantomă”, sau un curcubeu de nori. Conform Capital Weather Gang de la Washington Post, picăturile de nori au de obicei un diametru de 20 de microni, în timp ce picăturile de ploaie au un diametru de 2 milimetri (20.000 de microni). Acest lucru înseamnă că undele de lumină nu au suficient timp să se separe complet în culorile lor componente. În schimb, ele se îndoaie și se răspândesc, sau se „difractă”, creând un arc alb cețos.
