Tęcza

Znamy ją wszyscy dobrze, bo pojawia się od wiosny do jesieni, a ostatnio nawet sporadycznie w okresie zimowym.

Za pierwszych badaczy, którzy w miarę dokładnie wyjaśnili to piękne zjawisko, uchodzą perscy uczeni – Qutb al-Din al-Shirazi i Kamal al-din al-Farisi, żyjący na przełomie XIII i XIV w. W Europie w tym samym czasie badali rozszczepienie światła słonecznego Robert Grosseteste, Roger Bacon i Theodor z Fryburga.

Łuk, jaki widzi obserwator z powierzchni Ziemi (z samolotu można niekiedy dostrzec pełen okrąg) powstaje wówczas, gdy kropelki wody, znajdujące się w atmosferze zostają oświetlone przez promienie Słońca. Tęcza to wynik rozszczepienia światła naszej gwiazdy, które załamuje się i odbija wewnątrz kropel, zwłaszcza tych, których kształt jest najbardziej zbliżony do kuli.

Zbadano, iż duże krople wody tworzą węższą tęczę z wyraźnie zaznaczonymi barwami, zaś krople małe – łuk niewyraźny, wyblakły a nawet biały. Jaskrawa, wąska tęcza widoczna jest najczęściej po letnich burzach, kiedy to padają duże krople deszczu.

Ważną cechą tęczy głównej – obok stałego układu barw – jest fakt, że obszar nieba na zewnątrz łuków jest ciemniejszy od obszaru po stronie wewnętrznej. Na cześć Aleksandra z Afodisies, filozofa, który pierwszy opisał to zjawisko, obszar ten jest określany mianem „ciemni Aleksandra”.

O rozszczepieniu decyduje tzw. dyspersja – ona to jest przyczyną różnic w kącie załamania światła o różnej długości fal na granicy dwu ośrodków – w tym przypadku wody i powietrza. W chwili, kiedy światło przebywa drogę poprzez krople deszczu, normalne światło białe (czyli wiązka fal o różnych długościach) rozbijane jest na poszczególne składowe o różnej długości fal, które ludzkie oko odbiera jako barwy. Pomimo bogactwa kolorów tęczy, podstawowymi będą zawsze na zewnątrz łuku kolor czerwony, zaś wewnątrz: pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski i fioletowy. Niektórzy pomiędzy błękitem a fioletem dodają jeszcze indygo.

W większości przypadków widzimy jeden łuk (tzw. tęczę główną), choć zdarzają się tęcze wtórne, a nawet tęcze III i IV rzędu.

Tęcza wtórna tworzy łuk o kącie widzenia 50–53° i powstaje w wyniku dwukrotnego odbicia światła wewnątrz kropli wody. Ponieważ odbicie zachodzi dwukrotnie, a różnice w kącie rozproszenia światła w zależności od miejsca padania światła na kroplę są większe, tęcza wtórna jest mniej intensywna i szersza od tęczy pierwotnej. Jeszcze mniej intensywne są tęcze III i IV stopnia.

Kartezjusz jako pierwszy wskazał, iż tęcza pierwotna powstaje na skutek jednokrotnego, zaś wtórna – podwójnego złamania światła w kropli wody. Z kolei Isaac Newton wykazał, iż kolory tęczy są składowymi światła białego.

To samo zjawisko na małą skalę powstaje obok fontann i wodospadów, gdy przez drobiny wody przechodzi światło białe, ulegając rozszczepieniu. Najbardziej intensywne są tęcze obserwowane na tle ciemnych deszczowych chmur w odległości od kilkuset metrów do kilku kilometrów.

Z kolei bez względu na odległość obserwatora od miejsca powstawania tęczy, jego położenia etc., jej promień jest widoczny zawsze pod kątem 40–42°. Słońce znajdujące się powyżej tego kąta nie wywoła zjawiska tęczy, teoretycznie będzie ona powstawała poniżej linii horyzontu.

Niekiedy udaje się zaobserwować tęczę, spowodowaną przez światło odbite od powierzchni Księżyca. Dla ludzkiego oka przybiera ona jednak postać nie kolorowego, a białego łuku – przy nocnym oświetleniu nie jesteśmy w stanie dostrzegać kolorów.

Dla obserwatora znajdującego się na powierzchni Ziemi środek łuku tęczy znajduje się zawsze poniżej horyzontu, toteż łuk tęczy oglądany nawet z wysokiego wieżowca stanowi mniej niż pół okręgu.

Od czasów Antyku tęcza kojarzona była ze znakami, zsyłanymi przez bogów. O ile burza ostrzegała przed ich gniewem, tęcza stanowiła rodzaj uśmiechu niebios i taka sympatyczna symbolika wiąże się z nią do dnia dzisiejszego.