Tęcza
Tęcza powstaje, gdy światło słoneczne zmienia kierunek w kroplach wody i rozdziela się na barwy. Widzimy łuk, ponieważ do naszych oczu docierają promienie z kropli ustawionych pod odpowiednim kątem względem Słońca. Deszcz nie układa się więc w kolorowy most – ten kształt wynika ze sposobu obserwacji. Warto przyjrzeć się najpierw pojedynczej kropli, bo właśnie w niej zaczyna się cała historia.
Tęcza w skrócie
- Tęcza powstaje dzięki załamaniu i odbiciu światła słonecznego wewnątrz kropli wody.
- Zewnętrzna, czerwona krawędź tęczy głównej znajduje się około 42 stopni od kierunku przeciwnego do Słońca.
- Tęcza może tworzyć pełny okrąg, choć z ziemi zwykle oglądamy tylko jego fragment.
- Podwójna tęcza powstaje dzięki dwóm odbiciom światła wewnątrz kropli. Drugi łuk ma odwróconą kolejność barw.
- Koniec tęczy nie ma stałego miejsca – jego widoczne położenie zależy od obserwatora.
- Tęczy szukaj przy niskim Słońcu za plecami i oświetlonym deszczu przed Tobą.
Co dzieje się ze światłem w kropli, zanim zobaczysz tęczę?
Światło słoneczne wydaje się białe, ale zawiera wiele barw. Kropla deszczu pozwala je rozdzielić, podobnie jak szklany pryzmat. Nie wytwarza kolorów – ujawnia te, które światło już zawiera.
Gdy promień wpada ukośnie do kropli deszczu, zmienia kierunek, ponieważ w wodzie światło porusza się wolniej niż w otaczającym ją powietrzu. Tę zmianę nazywamy załamaniem światła. Poszczególne barwy załamują się nieco inaczej. Czerwień odchyla się słabiej niż fiolet, dlatego ich drogi zaczynają się rozsuwać.
Czy to wystarczy, żeby zobaczyć tęczę? Jeszcze nie... Część światła odbija się od wewnętrznej powierzchni kropli i biegnie ku jej przedniej stronie. Przy opuszczaniu wody ponownie zmienia kierunek. W tęczy głównej światło, które dociera do obserwatora, przebyło drogę z jednym takim odbiciem wewnątrz kropli.
W szkole zwykle mówi się o siedmiu kolorach tęczy. To umowny podział, ułatwiający ich zapamiętanie. W rzeczywistości widzimy ciągłe pasmo odcieni, bez ostrych granic między sąsiednimi barwami. Na zdjęciu mogą wyglądać jak osobne wstęgi, lecz natura nie oddziela ich równymi kreskami.
Jak powstaje tęcza i dlaczego jest łukiem?
Pojedyncza kropla tłumaczy rozdzielenie światła, ale do powstania widocznego łuku potrzeba ich wielu. Nie każda oświetlona kropla wysyła jednak ku Twoim oczom światło tworzące tęczę. Decyduje jej położenie względem Ciebie i Słońca.
Wyobraź sobie prostą biegnącą od Słońca przez Twoje oczy, a następnie dalej, w przeciwnym kierunku. Wokół tej osi układają się kierunki, z których widzisz barwny łuk. Jego zewnętrzna, czerwona krawędź znajduje się w odległości kątowej około 42 stopni od tej osi. Fioletową część widać nieco bliżej środka.
Dlaczego nie powstaje prosta smuga? Ten sam warunek dotyczący kąta obowiązuje we wszystkich kierunkach wokół osi, więc wyznacza okrąg. Z ziemi zwykle oglądamy jedynie jego fragment... i stąd znajomy łuk nad krajobrazem.
Krople znajdujące się w różnych odległościach mogą tworzyć dla Ciebie ten sam fragment łuku, jeśli światło dociera z nich pod odpowiednim kątem. Tęcza nie jest więc płaskim pasem zawieszonym w jednym miejscu. Choć wygląda, jakby ktoś namalował ją na chmurze, jej położenie zależy również od punktu obserwacji.
...a teraz wersja dla przedszkolaka. Wyobraź sobie, że Słońce świeci wielką latarką, a krople deszczu rozdzielają jej światło na kolory. Każda wysyła je w różne strony. Do Twoich oczu trafiają jednak tylko te promienie, które lecą pod odpowiednim kątem – pozostałe „nie trafiają do celu”.
Dlaczego widzisz łuk? Kolorowe światło dociera do Ciebie z kierunków układających się w okrąg. Jakby ktoś rysował wokół jednego punktu ogromnym cyrklem... Zwykle ziemia zasłania dolną część tego rysunku, więc zostaje kolorowy most. Tylko wejść na niego się nie da – nawet w kaloszach.
Podwójna tęcza – jak to możliwe?
Drugi łuk powstaje wtedy, gdy światło odbija się wewnątrz kropli dwukrotnie. Gdy część promieni odbije się wewnątrz kropli drugi raz, opuszcza ją pod innym kątem niż światło tworzące jaśniejszy łuk tęczy głównej. Dlatego dodatkowa tęcza pojawia się na zewnątrz pierwszej. Obie mają wspólny środek, choć zajmują różne miejsca na niebie.
Można dostrzec jeszcze jedną różnicę... W tęczy głównej czerwień wyznacza zewnętrzną krawędź, a fiolet znajduje się po stronie wewnętrznej. W drugim łuku kolejność jest odwrotna. To właśnie odwrócony układ barw pomaga rozpoznać tęczę wtórną, nawet jeśli widać tylko jej niewielki fragment.
Dlaczego drugi łuk zwykle wygląda blado? Przy każdym odbiciu tylko część światła pozostaje wewnątrz kropli. Po dodatkowym odbiciu mniej dociera go do obserwatora. Słabsza jasność nie oznacza więc, że druga tęcza dopiero się tworzy albo zaraz zniknie. Wynika przede wszystkim z dłuższej drogi światła wewnątrz wody. Przy wyraźnej podwójnej tęczy warto spojrzeć także pomiędzy łuki. Ten obszar bywa ciemniejszy od sąsiednich części nieba i nosi nazwę pasa Aleksandra. Krople kierują tam ku obserwatorowi mniej światła po odbiciach tworzących obie tęcze. Nie jest to zatem cień rzucany przez kolorową wstęgę.
Dlaczego do końca tęczy nie da się dotrzeć?
Koniec tęczy nie ma stałego adresu. Gdy zmieniasz miejsce obserwacji, zmienia się również zestaw kropli, których światło tworzy widziany przez Ciebie łuk. Możesz ruszyć w stronę pola, nad którym dostrzegasz jego koniec... lecz nie znajdziesz tam kolorowego słupa wyrastającego z ziemi. Z nowego miejsca zobaczysz tęczę na innym tle albo stracisz ją z oczu.
Nawet jeśli widzisz kolorową wstęgę tuż nad odległym drzewem, osoba stojąca dalej może oglądać ją na tle zupełnie innego fragmentu krajobrazu. Czy jedno z Was widzi ją w niewłaściwym miejscu? Nie, ponieważ położenie tęczy zależy od obserwatora. Drzewo jest jedynie punktem odniesienia, który pomaga ocenić widok. Nie wyznacza miejsca, w którym światło „dotyka” ziemi.
Podobnie wygląda sprawa ze zdjęciem pokazującym tęczę kończącą się na drodze. Aparat zapisuje widok z miejsca, w którym ustawiono obiektyw. Ktoś stojący na tej drodze nie musi widzieć wokół siebie żadnych barw. Dla niego łuk może znajdować się dalej, choć na fotografii wygląda, jakby człowiek stał dokładnie pod jego końcem.
Czy tęcza tworzy pełny okrąg?
Tak – pełna tęcza ma kształt okręgu, choć z powierzchni ziemi zwykle widzimy tylko jego górny fragment. Grunt ogranicza widok i poniżej niego brakuje oświetlonych kropli, które mogłyby dopełnić obraz. Dolna część nie jest więc „niedokończona”... po prostu warunki obserwacji nie pozwalają jej dostrzec.
Z wysoko położonego miejsca możesz zobaczyć także dolną część tęczy, jeśli poniżej Ciebie znajdują się krople wody oświetlone przez promienie Słońca. Dlatego pełny okrąg bywa widoczny z samolotu. Nie każdy lot podczas deszczu zapewni jednak taki widok – samo zwiększenie wysokości nie wystarcza.
Słońce za plecami, deszcz przed Tobą – kiedy szukać tęczy?
Najlepiej wypatrywać jej wtedy, gdy Słońce jest nisko i oświetla deszcz po przeciwnej stronie nieba. Opad może znajdować się dalej, podczas gdy Ty stoisz już poza jego zasięgiem. Ważne, żeby światło słoneczne docierało do kropli.
Czy pora dnia ma znaczenie? Tak... Niskie Słońce pozwala zobaczyć większą część łuku, dlatego sprzyjające warunki występują m.in. rano i późnym popołudniem. Jeśli Słońce znajduje się wyżej niż około 42 stopnie nad horyzontem, tęcza główna nie będzie widoczna ponad płaskim terenem przed Tobą. Zależność między wysokością Słońca a położeniem łuku tłumaczy, dlaczego sam deszcz w słoneczny dzień nie gwarantuje tęczy.
A jeśli Słońce masz z boku albo przed sobą? Zwykłej tęczy szukaj wtedy w innym kierunku – po przeciwnej stronie nieba niż Słońce. Obróć się tak, żeby znalazło się za Tobą, choć może świecić nieco zza ramienia. Nie musisz ustawiać pleców idealnie w jego stronę... Ważne, żeby patrzeć ku oświetlonym kroplom po przeciwnej stronie.
Podsumowanie
Gdy następnym razem zobaczysz tęczę, przyjrzyj się jej położeniu względem Słońca. Wysokość łuku jest istotna, podobnie jak kolejność barw. Każdy fragment widoku wynika z drogi światła w kroplach oraz miejsca, z którego patrzysz. To dlatego tęcza może wyglądać jak most nad polem, choć nie ma podpór ani punktu, do którego da się dotrzeć. A znajomy łuk? Jest częścią okręgu, który przy odpowiednich warunkach można zobaczyć w całości.
Jak powstaje tęcza? Pytania i odpowiedzi
Skąd biorą się kolory tęczy?
Kolory tęczy są już obecne w świetle słonecznym, które widzimy jako białe. Krople wody rozdzielają je, ponieważ poszczególne barwy załamują się pod nieco innymi kątami.
Dlaczego tęcza ma kształt łuku?
Światło tworzące tęczę dociera do naszych oczu z kierunków układających się w okrąg, którego zwykle widzimy tylko górny fragment.
Dlaczego druga tęcza ma odwrócone kolory?
W tęczy wtórnej światło odbija się wewnątrz kropli dwukrotnie, co odwraca kolejność widocznych barw. Czerwień znajduje się po wewnętrznej stronie drugiego łuku, a fiolet po zewnętrznej.
Czy można dotrzeć do końca tęczy?
Nie, ponieważ widoczne położenie tęczy zależy od miejsca obserwacji i zmienia się wraz z Twoim położeniem.
Czy z samolotu można zobaczyć pełny okrąg tęczy?
Tak, jeśli odpowiednio oświetlone krople wody znajdują się również poniżej obserwatora. Sama wysokość lotu nie gwarantuje jednak takiego widoku.
Kiedy najlepiej szukać tęczy na niebie?
Sprzyjające warunki występują przy niskim Słońcu za plecami, gdy jego promienie oświetlają deszcz przed Tobą.
Czy tęczę można zobaczyć, gdy deszcz pada daleko?
Tak – nie musisz stać w deszczu, żeby zobaczyć tęczę. Opad może znajdować się dalej, o ile dociera do niego światło słoneczne.
Źródła:
- Zjawisko załamania światła. Bieg promieni w soczewce skupiającej i rozpraszającej, https://zpe.gov.pl/a/zjawisko-zalamania-swiatla-bieg-promieni-w-soczewce-skupiajacej-i-rozpraszajacej/Do7FR5MVk
- Tęcza, https://cmm.imgw.pl/akademiacmm-tecza/
- How Do Rainbows Form?, https://www.weather.gov/fgz/Rainbow
- Rainbows: optical wonders, https://weather.metoffice.gov.uk/learn-about/weather/optical-effects/rainbows
Przyjrzyj się też innym zjawiskom wokół Ciebie:
Dodaj komentarz