Красочный узор, обычно известный как радуга, по-научному называется оптическим спектром. Радуги — это оптические иллюзии, которые появляются на небе, когда солнечный свет взаимодействует с каплями воды в атмосфере. Свет отражается, преломляется и рассеивается, создавая разноцветные дуги, которые мы видим в небе во время или сразу после дождя.
Радуга возникает из-за сочетания отражения, преломления и рассеивания солнечного света каплями воды в атмосфере. Вот более подробный взгляд на то, как это происходит:
Сочетание этих оптических эффектов разделяет солнечный свет на спектр цветов, которые мы видим в радуге. Капли воды разного размера преломляют и рассеивают свет немного по-разному, распространяя радужную дугу по небу.
Радуга всегда отображает цвета в одной и той же последовательности, называемой видимым спектром. Цвета оптического спектра в следующем порядке:
Красный цвет появляется на внешнем крае радужной дуги, поскольку он меньше всего изгибается каплями воды. Фиолетовый цвет появляется на внутреннем крае дуги, поскольку он больше всего изгибается. Различные показатели преломления для длин волн света заставляют их распространяться в эту цветовую последовательность.
Иногда вторичная, более тусклая радужная дуга видна за пределами первичной радуги. Это называется двойной радугой. Двойная радуга образуется, когда солнечный свет дважды отражается внутри капли воды, прежде чем выйти из неё. Вторичная дуга отображает спектр в обратном порядке с фиолетовым цветом на внешнем крае дуги.
Двойные радуги возникают, когда в атмосфере достаточно капель воды для создания вторичного отражения и преломления. Вторая радуга всегда слабее, потому что больше света покидает каплю воды после второго отражения.
Радуги образуют круговые дуги на небе, а не полные круги или полукруги. Несколько факторов определяют форму и размер радуги:
Радуги представляют собой почти круглые дуги, охватывающие около 84° вокруг точки, противоположной солнцу. Типичные радуги имеют высоту до 15°, а самые большие радуги простираются примерно до 18° в небе. Очень большие дуги радуги возможны, когда капли дождя маленькие, а солнце находится очень низко в небе.
Вот несколько дополнительных интересных фактов о радуге:
| Цвет | Длина волны (нм) | Частота (ТГц) |
|---|---|---|
| Красный | 620-750 | 400-484 |
| Оранжевый | 590-620 | 484-508 |
| Желтый | 570-590 | 508-526 |
| Зеленый | 495-570 | 526-606 |
| Синий | 450-495 | 606-668 |
| Индиго | 420-450 | 668-714 |
| Фиолетовый | 380-420 | 714-789 |
В этой таблице показаны диапазоны длин волн и частот для каждого цвета видимого спектра света.
Различные цвета полос радуги получаются на основе длины волны и частоты каждого цвета видимого света:
Световые волны распространяются на основе их преломления через капли дождя, сортируя их по длине волны и частоте в последовательность цветов радуги.
Радуга отображает цветовой спектр, потому что солнечный свет состоит из широкого спектра длин волн от длинного инфракрасного до короткого ультрафиолетового. Когда этот полный спектр солнечного света попадает в капли дождя, разные длины волн преломляются под разными углами, заставляя их рассеиваться и разделяться. Более короткие длины волн преломляются сильнее, чем длинные, создавая видимый цветовой спектр, который мы видим в радуге.
Если бы солнечный свет имел одну длину волны, радуга не была бы многоцветной. Широкий диапазон длин волн солнечного света в сочетании с рефракцией каплями дождя, зависящей от длины волны, заставляет радугу разделяться на цвета видимого спектра света.
Радугу можно увидеть в любом месте, где одновременно выполняются следующие условия:
При соблюдении этих критериев радуга может появиться где угодно: от открытой местности до городских улиц и горной глуши. Два ключевых фактора — это взаимодействие солнечного света с дождем и правильный угол обзора относительно положения солнца.
Радуги чаще всего видны ранним утром около восхода солнца или поздним вечером около заката, потому что в это время солнце находится низко в небе. Низкий угол наклона солнца позволяет вашей линии зрения совпасть с оптическим путем для обнаружения радуги. Радуги могут образовываться в любое время дня, но чаще всего их можно увидеть до полудня или ближе к вечеру.
Радуги также более вероятны, когда дождь уходит и небо проясняется, а не во время сильных ливней. Небольшой дождь или туман создают идеальные условия для радуг, поскольку сильный дождь часто затмевает солнечный свет и снижает видимость.
Подводя итог, можно сказать, что радуги — это разноцветные оптические иллюзии, которые возникают при взаимодействии солнечного света с каплями воды в атмосфере. Свет отражается, преломляется и рассеивается в видимом цветовом спектре в зависимости от длины волны. Цвета радуги всегда появляются в последовательности красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго, фиолетовый, с красным на внешней полосе и фиолетовым на внутренней полосе.
Двойные радуги могут возникать, когда формируется вторичное отражение, создавая более тусклую перевернутую радугу за пределами первичной дуги. Радуги представляют собой круговые дуги с центром в антисолнечной точке напротив положения солнца. Их форма и размер варьируются в зависимости от угла обзора, расстояния, высоты солнца и размера капли дождя.
Понимание задействованной оптики помогает объяснить, как эти красочные метеорологические явления озаряют наше небо после дождя. Радуги вдохновляли благоговение, истории, искусство и науку во всех человеческих культурах на протяжении веков.