Охота за радугой: как поймать её взглядом, разгадать цвета и понять, почему она всё время ускользает
Представь себе: дождь только что прошёл. На листьях ещё висят капли, асфальт блестит, а из-за тучи вдруг выглядывает Солнце. Ты поднимаешь голову — и над домами словно кто-то натянул огромную цветную ленту.
Кто её нарисовал? Где спрятаны краски? И почему радуга появляется именно тогда, когда рядом оказываются дождь и солнечный свет?
Никакого небесного художника с кисточкой, конечно, нет. Но настоящее объяснение не менее удивительно: радугу рисуют сами солнечные лучи, проходя через миллионы крошечных капель воды.
Охота начинается: найди правильное место
Для радуги нужны всего три участника: солнечный свет, капельки воды в воздухе и ты — наблюдатель.
Причём расположиться всем нужно правильно. Солнце должно находиться у тебя за спиной, а дождевые капли — впереди. Поэтому, если после дождя выглянуло Солнце, попробуй повернуться к нему спиной и посмотреть в сторону уходящей тучи. Возможно, именно там тебя ждёт цветная дуга.
Вот почему радугу часто видят после дождя. Но дождь вовсе не обязателен. Радуга может появиться возле водопада, большого фонтана или даже в мелких брызгах садового распылителя. Главное, чтобы в воздухе было много крошечных капель и на них падал солнечный свет.
Улика №1: что одна капля делает с солнечным лучом
А теперь представь одну круглую каплю дождя. Она совсем маленькая, но умеет проделывать со светом удивительный фокус.
Солнечный луч входит в каплю и немного меняет направление — преломляется. При этом белый солнечный свет начинает разделяться на цвета. Затем часть света отражается от внутренней поверхности капли, словно от крошечного зеркала. На выходе из капли луч снова преломляется.
Получается маленькая световая мастерская: луч вошёл белым, повернул, отразился, ещё раз повернул — и вышел разноцветным.
Одна капля даёт совсем немного такого света. Но в воздухе висят миллионы капель. Из одних к твоим глазам прилетает красный свет, из других — жёлтый, зелёный или фиолетовый. Все вместе они и складываются в огромную радугу.
Откуда у радуги столько цветов?
Солнечный свет кажется нам белым, но на самом деле в нём спрятано множество цветов. Представь коробку цветных карандашей, которую кто-то умудрился сложить в один белый карандаш. Капля воды словно разбирает его обратно.
Разные цвета преломляются немного по-разному. Красный отклоняется меньше, фиолетовый — сильнее. Поэтому цвета не смешиваются снова, а выстраиваются в знакомом порядке.
Обычно мы называем семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Но природа не проводит между ними чётких границ. Настоящая радуга — это плавный переход огромного количества оттенков одного в другой.
Почему радуга имеет форму дуги?
Вот здесь начинается особенно красивый фокус.
Твои глаза видят только те капли, из которых свет приходит под подходящим углом. Для главной радуги красный свет приходит примерно под углом 42 градуса относительно направления, противоположного Солнцу. Капелек вокруг очень много, и подходящие располагаются для твоего взгляда по кругу.
Поэтому настоящая радуга — вовсе не половинка круга. Она круглая!
С земли нижнюю часть обычно заслоняет горизонт. Мы видим только цветную дугу над ним. А вот с самолёта или очень высокого места при удачных условиях можно увидеть почти весь радужный круг.
Почему радуга появляется после дождя, но не после каждого?
Потому что дождя одного мало. Если всё небо закрыто тучами и солнечные лучи не пробиваются, радуге нечем «зажечься». А если дождь уже кончился и все капли успели упасть, свету не на чем разложиться на цвета.
Лучший момент бывает тогда, когда в одной стороне ещё идёт дождь, а в другой уже светит Солнце. Особенно красивы радуги утром и вечером, когда Солнце стоит невысоко над горизонтом: тогда цветная дуга может подняться очень высоко.
Почему иногда радуги две?
Иногда над яркой радугой появляется вторая — более широкая и бледная. Это двойная радуга.
Она возникает потому, что часть света успевает отразиться внутри капли не один, а два раза. После лишнего отражения света к нам приходит меньше, поэтому вторая дуга выглядит слабее.
Есть ещё одна занятная деталь: цвета во второй радуге расположены наоборот. У основной дуги красный цвет снаружи, а фиолетовый внутри. У второй всё перевёрнуто.
Улика №4: почему конец радуги всегда убегает
Наверное, тебе доводилось видеть на рисунках радугу, которая будто упирается концом в поле, лес или крышу дома. Так и хочется добежать туда и посмотреть, что находится в самом конце.
Но добраться до него нельзя — и вовсе не потому, что радуга убегает от людей из вредности.
Радуга не висит в одном определённом месте, как мост или облако. Она появляется благодаря свету, каплям и положению твоих глаз. Сделаешь несколько шагов — изменится твоё положение, и радугу для тебя будут создавать уже другие капли.
Поэтому два человека, стоящие в разных местах, видят чуть-чуть разные радуги. Можно сказать, что у каждого наблюдателя она немножко своя.
Миссия: сделай маленькую радугу сам
Нет. Радуга — это не предмет, а оптическое явление. У неё нет твёрдой поверхности, к которой можно прикоснуться.
Но зато можно самому поймать маленькую радугу.
В солнечный день выйди на улицу, встань спиной к Солнцу и распыли перед собой очень мелкие капли воды из безопасного распылителя или садового шланга. Посмотри на водяной туман — в нём может появиться небольшая цветная дуга. Только никогда не смотри прямо на Солнце.
Так ты устроишь почти тот же опыт, который природа проводит после дождя.
А радуга бывает ночью?
Бывает. Если яркий лунный свет падает на капли воды под подходящим углом, может возникнуть лунная радуга. Она гораздо слабее солнечной, и человеческому глазу часто кажется почти белой, хотя фотоаппарат при длинной выдержке способен показать её цвета.
Есть и другие похожие небесные явления — например, бледные туманные радуги. Мир света умеет удивлять куда чаще, чем кажется.
Так откуда же берётся радуга?
Теперь весь секрет можно собрать в одну картинку.
Солнце светит тебе в спину. Перед тобой в воздухе летят капли воды. Белый солнечный свет входит в них, преломляется, разделяется на цвета, отражается внутри и выходит обратно под определёнными углами. Миллионы капель посылают к твоим глазам разные цвета — и в небе появляется огромная дуга.
И когда в следующий раз после дождя над крышами загорится радуга, не спеши просто сказать: «Красиво». Посмотри на неё внимательнее. Перед тобой работает гигантский природный опыт со светом и каплями воды.
Полевая карточка охотника за радугой
В следующий раз после дождя не просто ищи цветную дугу — проведи маленькое наблюдение. Отметь четыре вещи: где находится Солнце, где висит дождевая туча, насколько высоко стоит радуга и видна ли рядом вторая дуга. Если Солнце у тебя за спиной, а капли впереди, ты уже нашёл главное условие.
Попробуй сравнить две радуги в разные дни. Одинаковой ли была высота дуги? Насколько яркими казались цвета? Было ли Солнце высоко или уже близко к горизонту? Так обычная прогулка превращается в настоящее наблюдение за светом.
Загадка для внимательного
Ты идёшь к месту, где радуга будто касается поля, но «конец» всё время отодвигается. Почему? Потому что радуга не стоит в одном месте: её для твоих глаз каждый раз создаёт новый набор капель. Значит, ты не просто смотришь на радугу — ты сам являешься частью условия, при котором она видна.
Коротко для школьного сообщения
- Радуга — оптическое явление, которое появляется, когда солнечный свет проходит через капли воды.
- Солнце должно находиться позади наблюдателя, а капли воды — впереди.
- В капле свет преломляется, отражается от внутренней поверхности и снова преломляется.
- Белый солнечный свет разделяется на множество цветов.
- Красный свет преломляется меньше, фиолетовый — сильнее.
- Полная радуга имеет форму круга, но с земли мы обычно видим только его верхнюю часть — дугу.
- Вторая радуга возникает из-за дополнительного отражения света внутри капель и имеет обратный порядок цветов.
Вопросы для обсуждения
- Почему радугу проще увидеть, когда Солнце находится за спиной?
- Почему после дождя радуга появляется не всегда?
- Почему цвета радуги расположены в определённом порядке?
- Почему с самолёта иногда можно увидеть круглую радугу?
- Почему два человека не видят совершенно одну и ту же радугу?
- Как можно сделать маленькую радугу самому?
Источники
- NOAA NESDIS — What Causes a Rainbow?
- Met Office — Rainbows: optical wonders
- NASA PACE — Light Properties
- Wikimedia Commons — Suðuroy rainbow2.jpg; Double rainbow image.jpg