Свет и цвет/Радуга

Ра́дуга - изумительное по красоте атмосферное оптическое и метеорологическое явление, особенно часто наблюдаемое после дождя. Радуга выглядит как дуга или окружность, составленная из цветов спектра - глядя снаружи — внутрь дуги мы видим красный, оранжевый, жёлтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый цвета. Физическая причина появления радуги - преломление и дисперсия света в водяных каплях (дождь, туман).

Двойная радуга в ландшафте, картина Питера Рубенса

Причина радуги — преломление и дисперсия света

Радуга возникает, когда солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, медленно падающих в воздухе. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр. Нам кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение. При этом источник яркого света всегда находится за спиной наблюдателя. Позже измерили, что красный свет отклоняется на 137 градусов 30 минут, а фиолетовый на 139°20’)

Преломление света при его переходе в среду с иной оптической плотностью

В яркую лунную ночь можно увидеть бледную радугу от Луны. Однако человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении мы не может различать цвета (наиболее чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимает цвет). Поэтому лунная радуга выглядит белесой; но чем ярче свет, тем «цветнее» будет радуга, т.к. у человека яркий свет включает восприятие цветовых рецепторов — «колбочек».

Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через Солнце (Луну) и глаз наблюдателя, то есть одновременно видеть солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле она обычно выглядит, как часть окружности, чем выше точка зрения, тем радуга полнее — с горы или самолёта можно увидеть и целую окружность.

Физика радуги

Ход лучей в сферической капле, образование первичной радуги

Радуга представляет собой каустику, возникающую из-за преломления и отражения плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка), отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем.

Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении.

Схема образования радуги
1) сферическая капля, 2) внутреннее отражение, 3) первичная радуга, 4) преломление, 5) вторичная радуга, 6) входящий луч света, 7) ход лучей при формировании первичной радуги, 8) ход лучей при формировании вторичной радуги, 9) наблюдатель, 10-12) область формирования радуги.

Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.

Вторичная радуга

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более темный оттенок.

В горах и других местах, где очень чистый воздух, можно наблюдать третью радугу (угловой радиус порядка 60°).

История исследования

Персидский астроном Qutb al-Din al-Shirazi (1236—1311), а возможно, его ученик Kamal al-din al-Farisi (1260—1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена [1].

Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления — при входе в каплю и при выходе из нее.

Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге».

Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение (по пифагорейским, богословским или нумерологическим соображениям). Причём первоначально он различал только пять цветов - красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей "Оптике".Но вспоследствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра еще два.

Для запоминания их последовательности есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам названия цвета (глядя сверху-вниз по радуге, снаружи-внутрь дуги: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый).

Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.
Каждый охотник желает знать где сидит фазан.

Радуга повисла разноцветным коромыслом,
Опустив один конец в зеленый океан…
- М.Рысаков

Необычные радуги

Кольцевая радуга 10 июля 2005

Обычной наблюдается простая радуга-дуга, но при определённых обстоятельствах можно увидеть двойную радугу, а с самолёта - перевёрнутую или даже кольцевую.

«Harpe de Lumière», фотография Georges Noblet

Радуга в мифологии и религии

В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединающий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов).
В древнеиндийской мифологии — лук Индры, бога грома и молнии.
В древнегреческой мифологии — дорога Ириды, посланницы между мирами богов и людей.
По славянским поверьям, радуга, подобно змею, пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём.
Ирландский лепрекон прячет горшок золота в месте, где радуга коснулась земли.
По чувашским поверьям, если пройти сквозь радугу, то можно поменять пол.
В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, и является символом союза (на иврите- брит) бога и человечества (в лице ноя) о том что потопа никогда больше не будет.(глава бейрешит)

Joseph Anton Koch: Героический ландшафт с радугой (1805)

Радуга и ассоциированные термины

Ирис — цветок с богатой гаммой цветов
Иридий — металл, цвета соединений которого дают практически полную радугу
Радужная оболочка глаза по-латыни — ирис
Ирисовая диафрагма напоминает сектора радуги

Внешние ссылки

На русском языке

На английском языке

(Ссылки о радуге, радуга в природе)

См. также