Τι σχήμα έχουν πραγματικά τα ουράνια τόξα;

Τα ουράνια τόξα είναι πολύχρωμες καμάρες που απλώνονται ψηλά στον ουρανό και τελειώνουν κάπου μακριά (εκεί που μπορεί να βρεθεί το μυθικό δοχείο με χρυσό), σωστά;

Λάθος!

Τα ουράνια τόξα στην πραγματικότητα δεν είναι καμάρες. Σχηματίζονται ως πλήρεις κύκλοι όταν το φως του ήλιου περνά μέσα από σταγόνες βροχής με τη σωστή γωνία. Ωστόσο, μόνο ένα μέρος του κύκλου – το τόξο – είναι ορατό στον παρατηρητή στο έδαφος. Η επιφάνεια της Γης μπλοκάρει το υπόλοιπο φως – και, ως εκ τούτου, το υπόλοιπο φωτοστέφανο – και γι’ αυτό εμφανίζεται ως ουράνιο τόξο.

Το πόσο από το φωτοστέφανο είναι ορατό εξαρτάται από το πού στέκεται ο παρατηρητής και πόσο από την επιφάνεια είναι εμπόδιο, είπε ο Michael Kavulich, ένας ερευνητής στο Εθνικό Κέντρο Ατμοσφαιρικής Έρευνας στο Boulder του Κολοράντο. και ένας ειδικός στα ουράνια τόξα και γιατί τα βλέπουμε όπως τα βλέπουμε.

Εξαρτάται από τη διάθλαση, δηλαδή πώς κάμπτεται το φως όταν χτυπά μια σταγόνα βροχής, και την ανάκλαση, η οποία είναι το φως που αναπηδά πίσω. Για να καταλάβετε γιατί τα ουράνια τόξα είναι πραγματικά φωτοστέφανα, πρέπει να μάθετε πώς σχηματίζονται.

Πώς σχηματίζονται τα ουράνια τόξα

«Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που εισέρχεται σε μια σφαιρική σταγόνα βροχής καταλήγει να διαθλάται σχεδόν με την ίδια γωνία, και αν αντανακλάται επίσης από το πίσω μέρος της σταγόνας βροχής, αυτή η γωνία καταλήγει να είναι περίπου 40-42 μοίρες από την κατεύθυνση από την οποία έρχεται το φως», είπε ο Kavulich.

Ναι, οι σταγόνες της βροχής είναι στην πραγματικότητα σφαιρικές, όχι σε σχήμα δακρύων. Σύμφωνα με την Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας, το φως αρχίζει να κάμπτεται ή να διαθλάται, όταν εισέρχεται σε μια σταγόνα βροχής επειδή το νερό είναι πιο πυκνό από τον αέρα. Το φως συνεχίζει να ταξιδεύει μέχρι να φτάσει στο πίσω μέρος της σταγόνας της βροχής.

Αυτή είναι η φάση όπου το φως αναπηδά από την πίσω πλευρά. Τώρα, καθώς βγαίνει από τη σταγόνα της βροχής, το φως διαθλάται για άλλη μια φορά και μετά διαχωρίζεται στα εικονικά του χρώματα.

Επειδή οι σταγόνες της βροχής είναι σφαιρικές, αντανακλούν το φως σε σχήμα κώνου. Και τι είναι στο τέλος του κώνου; Ένας κύκλος. Έτσι, ενώ το χρυσό δοχείο στο τέλος ενός ουράνιου τόξου μπορεί να είναι μύθος, ένα ουράνιο τόξο εξακολουθεί να είναι το τέλος από κάτι.

Rainbows are actually full circles, typically visible from higher vantage points, such as planes or tall buildings.

Credit: Fabricio Macielpic.twitter.com/MBtgOD9C4c

— Wonder of Science (@wonderofscience) September 12, 2022

Η ικανότητα ενός παρατηρητή να δει ένα ουράνιο τόξο εξαρτάται από τη θέση του σε σχέση με τον ήλιο. Αυτό που γίνεται ορατό είναι το φως που διαθλάται και αντανακλάται σε μια ορισμένη γωνία -όπως ανέφερε ο Kavulich, περίπου 40 μοίρες από την πηγή αυτού του φωτός- που χτυπά απευθείας το μάτι. Για να συμβεί αυτό, η σκιά του κεφαλιού του παρατηρητή πρέπει να τοποθετηθεί ακριβώς απέναντι από τον ήλιο (χωρίς να εμποδίζονται τα σύννεφα), ώστε να μπορεί να βρίσκεται στη μέση του κύκλου, ακόμα κι αν ολόκληρος ο κύκλος δεν είναι ορατός. Έτσι μπορούν να δουν το φως να διαθλάται και να αντανακλάται μέσα από τις σταγόνες της βροχής ακριβώς μπροστά τους.

«Εξαιτίας αυτού, αν κινείσαι, το κάνει και το ουράνιο τόξο, μένοντας πάντα στο ίδιο σημείο στον ουρανό σε σχέση με τον ήλιο», είπε ο Kavulich. «Μπορείτε να το δείτε να αλλάζει μόνο αν κοιτάξετε για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς ο ήλιος ανατέλλει ή δύει στον ουρανό».

Τα χρώματα του ουράνιου τόξου

Γιατί λοιπόν βλέπουμε χρώματα στην κλασική σειρά ROYGBIV; Είναι όλα σχετικά με τα μήκη κύματος του φωτός. Ο Kavulich εξήγησε ότι επειδή το κόκκινο φως έχει το μεγαλύτερο ορατό μήκος κύματος, διαθλάται λιγότερο, επομένως καταλήγει στην κορυφή. Το βιολετί βρίσκεται στο κάτω μέρος γιατί έχει τα μικρότερα μήκη κύματος, τα οποία διαθλώνται περισσότερο.

Λοιπόν, δεδομένου ότι τα ουράνια τόξα στην πραγματικότητα δεν είναι καμάρες, υπάρχει τρόπος να δούμε ένα ολόκληρο ουράνιο τόξο σε κυκλική μορφή;

Ένα παράθυρο αεροπλάνου είναι ίσως η καλύτερη ευκαιρία σας, αν και όλος ή το μεγαλύτερο μέρος του κύκλου είναι συχνά ορατό από ουρανοξύστες. Μερικές φορές υπάρχει καθαρή θέα από άλλα ψηλά υψόμετρα όπως βουνά. Ακόμα και τότε, συνήθως υπάρχουν πολλά εμπόδια.

Πηγή: Live Science