Дождь заканчивается, лучи солнца начинают пробиваться сквозь тучи. Вы смотрите вверх и видите прекрасную радугу, которая образовалась в небе. Ваш друг, который стоит рядом, тоже смотрит на радугу. Возможно, вы этого не осознаете, но радуга, которую видит ваш друг, отличается от той радуги, которую видите вы. На самом деле, каждый видит свою собственную радугу — она уникальна для каждого наблюдателя, потому что радуга — это не физический объект, а оптическое явление и его вид зависит от точки наблюдения и других факторов, пишет Русская служба Би-би-си.
Точные углы
«Радуга — это узор, который образуется, когда белый солнечный свет отражается и преломляется в миллионах каплях дождя в воздухе», — сказал Би-би-си Филип Лавен, изучающий природу появления радуги.
Чтобы мы могли увидеть радугу, Солнце должно находиться позади нас, капли дождя — перед нами, а солнечный свет должен достигать капель дождя, ему не должны мешать облака.
При совпадении всех этих условий начинает работать удивительная геометрия.
Когда световые волны попадают в каплю дождя, они замедляются и преломляются, объясняет Лавен. Это явление называется рефракцией, или преломлением света.
Разные цвета — или разные длины волн — преломляются под разным углом, поэтому белый свет «распадается» на все составляющие его спектра.
Когда лучи света попадают на обратную (по отношению к наблюдателю) поверхность капли дождя, они отражаются и преломляются внутри капли. А когда они достигают противоположной поверхности капли (ближе к наблюдателю), они снова преломляются, еще больше «рассеивая» цвета.
Красный свет в итоге выходит под углом примерно 42 градуса по отношению к тому, под которым он вошел изначально. Синий или фиолетовый свет — под углом около 40 градусов.
Когда вы смотрите вверх, некоторые капли дождя, находящиеся высоко в небе, преломляют красный свет под таким углом, что он достигает ваших глаз. При этом синий свет радуги, который также видит ваш глаз, преломляется в каплях, которые расположены ниже.
Вот почему вы обычно видите красный цвет на верхнем, внешнем крае радуги, а синий — на нижнем, внутреннем крае.
На самом деле радуга образует окружность, центром которой является так называемая антисолнечная точка — она находится там, где расположена тень от вашей головы. Но мы обычно не видим нижнюю часть окружности радуги, потому что она находится ниже уровня земли.
Чем ниже расположено Солнце, например, во время восхода и заката, тем более полная окружность радуги нам видна.
Если высота Солнца над горизонтом превышает 42 градуса, мы не сможем увидеть радугу: так как даже верхняя часть радуги будет ниже уровня земли.
«Как правило, радугу не видно в середине дня», — говорит Лавен.
Если ваш друг стоит слева или справа от вас, свет, преломленный в каплях, достигает его глаз с немного другого направления. Это означает, что радуга, которую он видит, отличается от той радуги, которую наблюдаете вы.
Но что, если вы подвинетесь, и он займет ваше место?
Если ваш друг выше или ниже вас, свет тоже будет достигать его глаз с другого направления. То есть вы с ним все равно не сможете увидеть одну и ту же радугу.
И даже если вы с ним одного роста и стоите на одном и том же месте, Земля за несколько секунд уже немного повернется относительно Солнца, поэтому направление света снова изменится.
Вторичная радуга
Если вам обоим повезет, вы сможете наблюдать две радуги одновременно.
«Если небо между вами и радугой достаточно чистое, можно увидеть так называемую вторичную радугу», — говорит доцент Китайского университета Гонконга, физик Пин Ва Ли.
Эта вторичная радуга возникает из-за того, что свет дважды отражается внутри капли дождя, прежде чем преломиться.
Цвета появляются в обратном порядке — красный внутри дуги и фиолетовый снаружи.
Разница в углах между красным и фиолетовым больше, поэтому вторичная радуга выглядит шире, чем основная. Но свет также становится более тусклым, поэтому вторичная радуга выглядит всегда менее ярко, чем первичная, иногда ее даже можно не заметить.
Внутри капли дождя свет может отражаться не два раза, а больше.
По словам Пина Ва Ли, может также появиться радуга третьего или четвертого порядка, но человеку будет очень трудно ее увидеть.
Радуга пятого порядка будет крайне тусклой для человеческого глаза.
Но в августе 2012 года ученый из Нидерландов Харальд Эденс впервые в истории сделал фотографию, на которой была достоверно зафиксирована радуга 5-го порядка.
Одинаковый размер
Ваша собственная радуга и радуга вашего друга могут быть образованы разными лучами света, но их размер будет одинаковым.
Все радуги занимают одинаковое пространство перед вами, говорит Раймонд Ли, метеоролог и бывший исследователь Военно-морской академии США.
Он поясняет, что поскольку радуга не является объектом, «она не имеет линейного размера».
Вместо этого оптическое явление может быть описано только ее угловым размером, то есть углом между одним концом дуги и другим относительно вас, то есть наблюдателя.
«Радиус составляет примерно 42 градуса, поэтому, чтобы получить диаметр, нужно удвоить это значение, и получится 84 градуса», — говорит Ли.
И оказывается, что этот угол одинаков независимо от того, где именно вы стоите.
Так что ваша собственная радуга и радуга вашего друга похожи по крайней мере этим.
Основано на эпизоде программы CrowdScience на BBC World Service. Дополнительные материалы предоставлены Эллен Цанг.