Доброго времени суток, уважаемые читатели Take in Mind!
Кто из нас в детстве не заучивал магическую формулу: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан»? Или другую: «Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь»? А совсем продвинутые заучивали еще и на английском: «Richard Of York Gave Battle In Vain».
Согласитесь со мной, радуга — это одно из самых красивых и любимых нами чудес Природы. Только представьте: небо темнеет, набежали тучи, потом — яркая вспышка молнии, освещающие небо ослепительным белым светом, затем раскаты грома, и наконец, ливень… Через какое-то время дождь заканчивается, из-за туч выходит солнце, освещая посвежевшую Природу, все с удовольствием вдыхают запах озона. И, наконец, появляется она – Радуга. «Радужная дуга», разноцветный атмосферный фантом, созданный солнечным светом и каплями дождя, появляется на короткое время и вскоре бесследно тает. Одним слово, волшебство…
Видимо, поэтому и сегодня, и тысячи лет назад радуга вызывает у людей поистине детский восторг. Просто для эксперимента — выйдите на улицу после дождя и посмотрите: сколько взрослых с полуоткрытыми ртами или улыбками любуются этим подарком Природы.
Образованная мельчайшей взвесью невидимых дождевых капель, радуга появляется и исчезает как-бы по мановению волшебной палочки. Может, именно поэтому в преданиях и традиционных верованиях народов в разных уголках Земли считается, что в появлении радуги замешаны Высшие силы.
В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов). Древнекитайская богиня молнии Тянь Му носила многоцветную мантию из радуги. Богиня-матерь народа майя Ах-Чель носила титул повелительница Радуги. Бог грома народности мокша (небольшой народ, живет в верховьях Волги) Ат’ам и саамский бог Тирмес вооружены луком, а именно радугой. Люди народности банту называли радугу луком Лезы, верховного бога многих африканских племен. Согласно преданиям австралийских аборигенов, праматерь современного мира радуга-змея символизирует преображающую силу, действующую в природе и человеческом обществе. И так далее, и так далее.
А теперь немного об оптике и о биологии. Как-же образуется радуга и почему мы видим в ней весь цветовой спектр? Прекрасное описание всего процесса дал американский астроном д-р Эдвин Крапп в книге «Астрономия: Легенды и предания о Солнце, Луне, звездах и планетах».
Радуга образуется при прохождении солнечных лучей через капли дождя. Каждая капля похожа на сферический стеклянный аквариум. Свет входит в нее с одного конца, отражается от внутренней поверхности и выходит с другого конца. Внутри солнечный луч немного изгибается, так как коэффициент преломления воды выше, чем воздуха. Скорость света слегка снижается, когда он переходит из воздушной среды в водную, и снова увеличивается при переходе в атмосферу. Разные цвета спектра преломляются под разными углами, так как их скорость уменьшается не вполне пропорционально. Фиолетовый цвет преломляется в наибольшей, а красный — в наименьшей степени. Знакомый нам белый солнечный свет на самом деле представляет собой сочетание всех цветов, воспринимаемых нашими зрительными органами.
Когда солнечный луч входит в дождевую каплю, он преломляется и отражается от внутренней поверхности, превращаясь в миниатюрную радугу. Однако каждая капля может послать в зрачок наблюдателя луч только одного цвета. Верхняя капля на этой диаграмме посылает вниз наименее преломленные лучи красной части спектра. Нижняя капля с большим углом преломления направляет в ту же точку лучи фиолетовой части спектра. Таким образом, необходимо значительное число капель, чтобы воспроизвести весь диапазон цветов радуги. Поскольку каждый из нас воспринимает свет от разных капель, то все мы видим разные радуги.
Каждый из нас видит свою радугу. Фактически, каждый глаз видит радугу по-своему. Чтобы мы увидели радугу, свет должен пройти путь от дождевой капли, преломляющей его и разлагающей на составные цвета, до зрачка нашего глаза. Дождевые капли, посылающие свет в глаза одного человека, не могут нацелить его в глаза другого человека. Это делают другие капли. Все они создают разные радуги, но каждый из нас воспринимает лишь цветные лучи на сетчатке глаза.
Поскольку небо, в некотором смысле, создает радугу из зеркал, солнце всегда находится в противоположном от нее направлении. Радуга — лишь часть круга, и размер видимого сегмента зависит от высоты Солнца над горизонтом. Когда Солнце стоит высоко, радуга низкая и пологая, когда Солнце ближе к горизонту, радуга высокая и крутая. Однако, глядя с поверхности земли, мы не можем увидеть больше половины круга, за исключением тех случаев, когда мы смотрим сверху вниз с большой высоты — например, в низменную долину с вершины горы. Там, где начинается земля, капли дождя заканчиваются. Но из кабины самолета при благоприятных обстоятельствах можно видеть полный круг, если Солнце стоит над головой, а капли дождя находятся внизу.
Мы видим дугу, потому что дождевые капли в основном имеют одинаковую форму и преломляют большую часть света под углом в 42°. При таком угле между Солнцем и глазом любая капля дождя может посылать на мою сетчатку все цвета радуги. Это означает, что капли расположены по угловому радиусу в 42° от того места, что кажется нам центром радуги. Если все они находятся на одинаковом расстоянии от точки наблюдения, то формируют полный круг.
К замечательному описанию д-ра Краппа, мы хотим добавить описания образования ещё одной, так называемой вторичной, радуги. Эта менее яркая радуга (появляющаяся вокруг первичной) образуется солнечным светом, отражённым в каплях два раза. Во вторичной радуге — угловой радиус 50—53° от кажущегося нам центра. Еще одно интересное отличие от первичной радуги- это «перевёрнутый» порядок цветов (снаружи — фиолетовый, а внутри – красный).
Собственно, на этом можно и заканчивать этот пост. Понятный физический процесс, да и волшебства вроде никакого нет. И все-же, повторимся, как только на небе появляется радуга, сотни детей и взрослых не могут оторвать свих восторженных взглядов (и фотоаппаратов) от этого чудесного зрелища. Поэтому мы не можем отказать себе в удовольствии процитировать фразу из книги британского писателя Нила Геймана «Одд и ледяные великаны»:
Думаю, радуги остаются во льду, когда вода замерзает… И подумал: лед — всего лишь вода, значит, в нем тоже должны быть радуги. Когда вода замерзает, радуги оказываются во льду, как в ловушке. А солнечные лучи их освобождают.
P.S. Когда готовился этот пост, мы решили проверить какие еще существуют такие мнемонические фразы для запоминания последовательности, соответствующей спектру видимого света.
Вот пару примеров, которые подсказал Интернет:
- Крот овце, жирафу, зайке гладил старые фуфайки
- Кем ощущается жестокий звон гонга сопротивления фатальности?
- Кварк окружает жаркий занавес глюонов, создающих флюиды
Так-что, уважаемые читатели, предлагаем мини-конкурс на новую магическую формулу для запоминания цветов радуги. Пишите в комментах.
Featured image — a rainbow. Own work.
Статьи по теме: