สายรุ้งเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ใครไม่เคยเห็นสายรุ้ง? เราสังเกตเห็นปรากฏการณ์ทางอากาศที่สวยงามนี้ในฝน และมันมักจะดึงดูดความสนใจของเรา ความคิดที่ว่ามีสายรุ้งหลากสีสันสดใสปรากฏขึ้นเฉพาะก่อนที่ฝนจะหยุดนั้นไม่เป็นความจริง

สายรุ้งสามารถปรากฏขึ้นได้แม้ก่อนที่ฝนจะเริ่ม คุณสามารถพบสายรุ้งได้โดยไม่ต้องมีฝน ลองดูที่ละอองน้ำใกล้ๆ น้ำพุที่ส่องสว่างด้วยแสงแดด แล้วคุณจะสังเกตเห็นสายรุ้งเล็กๆ ในมัน คล้ายกับสายรุ้งบนท้องฟ้า เพื่อที่จะเห็นสายรุ้งเช่นนี้ คุณต้องยืนหันหลังให้กับดวงอาทิตย์

สายรุ้งจากมุมมองทางประวัติศาสตร์

ในสมัยก่อน เมื่อผู้คนรู้เรื่องราวเกี่ยวกับโลกน้อยมาก สายรุ้งถูกมองว่าเป็น “สัญญาณจากสวรรค์” ตัวอย่างเช่น ชาวกรีกโบราณคิดว่าสายรุ้งคือรอยยิ้มของเทพธิดาไอริส

ความพยายามที่จะอธิบายปรากฏการณ์สายรุ้งทางวิทยาศาสตร์ถูกข่มเหงอย่างรุนแรงโดยคริสตจักร ในช่วงต้นศตวรรษที่สิบเจ็ด นักวิทยาศาสตร์ Marco Antonio de Dominis ที่พยายามอธิบายสายรุ้งด้วยสาเหตุตามธรรมชาติ ถูกขับไล่ออกจากศาสนาและถูกตัดสินประหารชีวิต เขาเสียชีวิตในคุกก่อนการประหารชีวิต แต่ศพของเขาถูกเผา

คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่ถูกต้องของสายรุ้งปรากฏขึ้นหลังจากที่ผู้คนเข้าใจธรรมชาติของแสงสีขาว

วิทยาศาสตร์ของสายรุ้ง: คำอธิบายแรก

ประมาณ 300 ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ชาวเช็ก Jan Marek Marci ค้นพบว่าแสงแดดสีขาวเป็นแสงที่ซับซ้อน Marci เตรียมแว่นขยายต่างๆ และสังเกตว่าแสงแดดผ่านพวกมันอย่างไร

ที่มา: Wikipedia

วันหนึ่ง Marci หยิบปริซึมแก้วและวางมันในเส้นทางของลำแสงแดดบางๆ ในห้องมืด ผลลัพธ์ที่ได้คือสายรุ้งหลากสีปรากฏบนเพดานของห้อง สีต่างๆ ในแถบที่ผนังถูกจัดเรียงในลำดับเดียวกับสายรุ้งบนท้องฟ้า จางลงในกันและกัน Marci ตระหนักว่าในสภาวะบางอย่าง แสงสีขาวจะสลายตัวเป็นลำแสงสีหลายสี ก่อให้เกิดแถบสายรุ้ง

ต่อมา Isaac Newton ได้อธิบายวิทยาศาสตร์ของสายรุ้งต่อไป เขาพบว่าทำไมปริซึมแก้วถึงสลายแสงสีขาว (กระบวนการที่เรียกว่าการหักเหและการสะท้อนในสายรุ้ง) ปรากฏว่าแสงแดดที่ผ่านปริซึมจะเบี่ยงเบนจากทิศทางเดิม (หักเห) ในขณะเดียวกัน ลำแสงสีต่างๆ ที่เป็นส่วนหนึ่งของแสงสีขาวจะหักเหต่างกันในปริซึม ลำแสงสีแดงหักเหน้อยที่สุด และลำแสงสีม่วงหักเหมากที่สุด เนื่องจากการหักเหที่แตกต่างกัน ลำแสงสีจะมองเห็นได้เมื่อแสงแดดสีขาวผ่านปริซึม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระจายของแสง

ที่มา: tutorvista.com

ปริซึมดูเหมือนจะแยกลำแสงสีออกจากกัน ในแก้วอื่นๆ เช่น แก้วหน้าต่างธรรมดา ลำแสงสีจะหักเหในลักษณะเดียวกัน และเราจึงเห็นแสงสีขาวเหมือนเดิม

แถบหลากสีของแสงสีขาวที่สลายตัวเรียกว่าสเปกตรัมสายรุ้ง Newton กล่าวว่าตาของเขาไม่ดีในการมองเห็นสีของสายรุ้ง นั่นคือเหตุผลที่เขาแบ่งสเปกตรัมออกเป็นห้าสี: แดง เหลือง เขียว น้ำเงิน และม่วง จากนั้นเขาเพิ่มสีส้มและคราม ทำให้มีเจ็ดสีโดยเปรียบเทียบกับจำนวนโน้ตดนตรี นักวิชาการกล่าวว่า “น้ำเงิน” ของ Newton คือสีฟ้าอ่อนในปัจจุบัน และ “คราม” ของเขาคือสีน้ำเงินในปัจจุบัน

หลังจากการค้นพบสีสเปกตรัม มันก็ชัดเจนว่าในสายรุ้งบนท้องฟ้า เราสังเกตเห็นแสงแดดที่สลายตัวเป็นสเปกตรัม แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นในธรรมชาติได้อย่างไร? อะไรแทนที่ปริซึมแก้ว?

คำอธิบายการเกิดสายรุ้ง

สายรุ้งเกิดขึ้นเมื่อแสงแดดหักเหและสะท้อนในหยดน้ำฝน นี่คือวิธีที่สายรุ้งเกิดขึ้น:

ที่มา: BCcampus

1. ลำแสงแดดตกลงบนหยดน้ำ
2. เมื่อแสงเข้าสู่หยดน้ำ มันจะเปลี่ยนทิศทาง หักเห และสลายตัวเป็นลำแสงสี
3. หลังจากผ่านหยดน้ำ ลำแสงสีจะสะท้อนจากด้านตรงข้ามของหยดน้ำและผ่านหยดน้ำอีกครั้ง
4. หลังจากออกจากหยดน้ำ ลำแสงสีจะหักเหอีกครั้งและเข้าสู่ตาของผู้สังเกตการณ์ ในกรณีนี้ เช่นเดียวกับในปริซึมแก้ว ลำแสงสีม่วงในสเปกตรัมที่มองเห็นได้จะเบี่ยงเบนมากที่สุดจากทิศทางเดิม และลำแสงสีแดงเบี่ยงเบนน้อยที่สุด การหักเหของลำแสงแดดนี้เกิดขึ้นพร้อมกันในหยดน้ำหลายๆ หยด

วิธีการมองเห็นสายรุ้ง

ที่มา: Rhododendrites, CC BY-SA 4.0, ผ่าน Wikimedia Commons

เพื่อที่จะเห็นสายรุ้ง ผู้สังเกตการณ์ต้องยืนอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และหยดน้ำฝนที่ลำแสงหักเห โดยหันหลังให้กับดวงอาทิตย์ เนื่องจากลำแสงสีที่ออกจากหยดน้ำในมุมต่างๆ มีเพียงลำแสงสีเดียวเท่านั้นที่สามารถเข้าสู่ตาของผู้สังเกตการณ์จากแต่ละหยด ผู้สังเกตการณ์จะไม่เห็นลำแสงอื่นๆ ที่มาจากหยดเดียวกัน: พวกมันจะผ่านเหนือหรือต่ำกว่าตา

1. จากหยดน้ำที่อยู่บนสุด ลำแสงหักเหที่ผู้สังเกตการณ์ยังคงเห็นอยู่ จะมีเพียงลำแสงสีแดงเท่านั้นที่เข้าสู่ตา นี่เป็นเพราะลำแสงเหล่านี้เบี่ยงเบนน้อยที่สุดระหว่างการหักเห
2. จากหยดน้ำที่อยู่ด้านล่าง ลำแสงสีส้มจะเข้าสู่ตา
3. หยดน้ำที่อยู่ต่ำลงไปอีกจะส่งลำแสงสีเหลืองเข้าสู่ตาของผู้สังเกตการณ์ และต่อไปจนถึงลำแสงสีม่วง
4. ลำแสงที่สะท้อนจากหยดน้ำที่อยู่ใกล้เคียงจะรวมกัน และดังนั้นผู้สังเกตการณ์จะเห็นแถบสีที่ต่อเนื่องกัน จากสีแดงบนสุดถึงสีม่วงล่างสุด

แต่ทำไมเรามักจะเห็นสายรุ้งในรูปแบบของโค้ง? คำอธิบายนั้นค่อนข้างง่าย หากคุณเชื่อมต่อดวงอาทิตย์กับทุกจุดที่อยู่บนแถบสีแดงของสายรุ้ง คุณจะได้พื้นผิวรูปกรวยที่มีแกนผ่านตา หยดน้ำแต่ละหยดบนพื้นผิวนี้อยู่ในความสัมพันธ์เดียวกันทั้งกับดวงอาทิตย์และผู้สังเกตการณ์ ดังนั้นมีเพียงลำแสงสีแดงจากหยดน้ำเหล่านี้ทั้งหมดที่เข้าสู่ตาของผู้สังเกตการณ์ การรวมกันของพวกมันทำให้เกิดเส้นโค้งสีแดง เส้นเดียวกันแต่เป็นสีส้มเกิดจากหยดน้ำฝนที่อยู่ด้านล่าง และอื่นๆ นี่คือวิธีที่สายรุ้งเกิดขึ้น ซึ่งมองเห็นได้ตราบเท่าที่หยดน้ำฝนตกบ่อยและสม่ำเสมอเพียงพอ

ต้องการมองหาสายรุ้งครั้งต่อไปหรือไม่? ใช้ Rain Viewer เพื่อติดตามฝนเบาๆ และช่วงที่แดดออก - สภาพที่เหมาะสำหรับการเกิดสายรุ้ง ยืนหันหลังให้กับดวงอาทิตย์และมองไปที่ฝนที่จางลงเพื่อโอกาสที่ดีที่สุดในการจับภาพสายรุ้ง!

อะไรที่มีผลต่อการปรากฏของสายรุ้ง?

เวลาที่ดีที่สุดในการเห็นสายรุ้งที่สว่างคือหลังจากฝนที่ผ่านไปพร้อมกับหยดน้ำฝนขนาดใหญ่ ซึ่งคุณสามารถติดตามได้โดยใช้แผนที่การตกของน้ำของ Rain Viewer ยิ่งดวงอาทิตย์ต่ำเท่าไร สายรุ้งก็จะปรากฏสูงขึ้นบนท้องฟ้า

สีของสายรุ้งแต่ละสีดูแตกต่างกันเพราะขนาดของหยดน้ำ หยดน้ำขนาดเล็กทำให้สีม่วงและสีเขียวสว่างขึ้นและสีน้ำเงินอ่อนลง หยดน้ำที่เล็กกว่าจะทำให้สีแดงจางลงและสีเหลืองส่องแสง

หยดน้ำที่เล็กที่สุดที่ก่อให้เกิดหมอกและเมฆไม่ก่อให้เกิดสายรุ้ง เมื่อดวงอาทิตย์อยู่บนขอบฟ้า เราจะเห็นสายรุ้งในรูปแบบของครึ่งวงกลม เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้น สายรุ้งจะค่อยๆ ลดขนาดลง จมลงไปที่ขอบฟ้า เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้นเหนือขอบฟ้าเหนือมุม 42 องศา สายรุ้งจะไปเกินขอบฟ้า นั่นคือเหตุผลที่สายรุ้งไม่ปรากฏในฤดูร้อนตอนเที่ยง ในช่วงบ่าย ตอนพระอาทิตย์ตก คุณสามารถเห็นสายรุ้งอีกครั้ง

ดังนั้นจากพื้นดิน คุณไม่สามารถเห็นสายรุ้งที่มีขนาดมากกว่าครึ่งวงกลมได้ แต่ถ้าคุณขึ้นไปเหนือพื้นดิน คุณสามารถเห็นเกือบเต็มวงกลมของสายรุ้ง

ที่มา: Lukas Moesch

ปรากฏการณ์หายาก: สายรุ้งคู่และสายรุ้งจันทร์

บ่อยครั้งที่เราจะเห็นสายรุ้งเพียงเส้นเดียว อย่างไรก็ตาม สองแถบสายรุ้งมักปรากฏพร้อมกันบนท้องฟ้า หนึ่งอยู่เหนืออีกหนึ่ง ในกรณีนี้ สีของสายรุ้งรองจะกลับกันจากสายรุ้งหลัก ส่วนบนของโค้งสายรุ้งเป็นสีม่วง และส่วนล่างเป็นสีแดง

ที่มา: Eric Rolph ที่ English Wikipedia, CC BY-SA 2.5, ผ่าน Wikimedia Commons

สายรุ้งคู่เกิดขึ้นเมื่อแสงสะท้อนสองครั้งในหยดน้ำ แสงสีแดงกลายเป็นแสงสีม่วงหลังจากการสะท้อนสองครั้ง เนื่องจากแสงมากขึ้นสูญเสียไปในหยดน้ำระหว่างการสะท้อนสองครั้ง สายรุ้งรองจึงดูจางลงเสมอ

โดยปกติจะคิดว่าสายรุ้งเกิดขึ้นเฉพาะในเวลากลางวัน อย่างไรก็ตาม มันยังสามารถสังเกตเห็นสายรุ้งในเวลากลางคืนได้ แม้ว่ามันจะอ่อนแอและหายากมาก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าสายรุ้งจันทร์ คุณสามารถเห็นมันหลังจากคืนที่มีฝนตกเมื่อดวงจันทร์อยู่หลังเมฆ สายรุ้งจันทร์ปรากฏบนท้องฟ้าในทิศทางตรงข้ามกับดวงจันทร์

ที่มา: Arne-kaiser, CC BY-SA 4.0, ผ่าน Wikimedia Commons

สรุป

สายรุ้งเป็นการผสมผสานที่สมบูรณ์แบบของวิทยาศาสตร์และความงดงาม ต้องการติดตามสภาพที่เหมาะสำหรับสายรุ้งหรือไม่? ใช้เรดาร์ฝนแบบเรียลไทม์ของ Rain Viewer เพื่อติดตามฝนเบาๆ และช่วงที่แดดออก - จากนั้นออกไปข้างนอกและจับภาพความมหัศจรรย์!