Της Γεωργίας Αλέξη
Πρέπει να βρέχει, ή να έχει μόλις βρέξει, και η πλάτη μας να είναι στραμμένη στο φως του ήλιου -να μπορούμε, δηλαδή, να δούμε τη σκιά του κεφαλιού μας. Αν ικανοποιούνται αυτές οι συνθήκες, τότε είναι πολύ πιθανό να γίνουμε θεατές του φωτεινού, πολύχρωμου ουράνιου τόξου.
Δεν είναι πολύ σύνηθες να εμφανίζεται ήλιος στο οπτικό μας πεδίο και ταυτόχρονα να βρέχει, ωστόσο δεν είναι κάτι σπάνιο.
Το ουράνιο τόξο είναι μια εξαιρετική εκδήλωση της διασποράς του φωτός και ακόμα μια απόδειξη πως το ορατό φως συντίθεται από ένα φάσμα μηκών κύματος, που το καθένα συνδέεται με ένα ξεχωριστό χρώμα. Όλα μαζί συναποτελούν ένα πολύχρωμο οπτικό και μετεωρολογικό φαινόμενο.
Όταν το φως του ήλιου περνάει από ένα μέσο διάδοσης σε κάποιο άλλο, στη συγκεκριμένη περίπτωση από τον αέρα στις σταγόνες της βροχής, ένα μέρος της ενέργειάς του απορροφάται, ένα μέρος ανακλάται και το υπόλοιπο διαθλάται, δηλαδή αλλάζει η πορεία διαδρομής του. Αυτό συμβαίνει επειδή η ταχύτητα διάδοσης του φωτός διαφέρει από μέσο σε μέσο. Για παράδειγμα, στον αέρα το φως ταξιδεύει πιο γρήγορα απ' ό,τι στο νερό.
Βέβαια, όταν η μετάβαση γίνεται από πυκνότερο μέσο σε αραιότερο, όπως από το νερό στον αέρα, το φως μπορεί να υποστεί ολική ανάκλαση και να μην καταφέρει να δραπετεύσει...
Οι ακτίνες του ήλιου που θα δημιουργήσουν το ουράνιο τόξο πρέπει να περάσουν στις σταγόνες, να αλλάξουν πορεία μέσα στο νερό, να ανακλαστούν απ' το πίσω μέρος της σταγόνας και να εξέλθουν από αυτήν, αλλάζοντας πάλι πορεία.
Καθένα από τα χρώματα που αποτελούν το ορατό φως έχει τη δική του ταχύτητα, λόγω διαφορετικού μήκους κύματος. Αυτό σημαίνει πως κάθε χρώμα εκτρέπεται διαφορετικά, καθώς εισέρχεται και εξέρχεται από τις σταγόνες. Συνεπώς, το αποτέλεσμα δεν είναι πια ίδιο με πριν από τη διάθλαση, αλλά ένα τόξο συνεχούς φάσματος από χρώματα.
Το λευκό φως που περνάει μέσα από αυτά τα υγρά πρίσματα αναλύεται εν τέλει στα επτά χρώματα της ίριδας. Η σειρά με την οποία εμφανίζονται τα χρώματα είναι κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί.
Αν οι σταγόνες που ανέλυσαν το φως είναι μεγάλες, τότε το ουράνιο τόξο έχει μεγαλύτερη ένταση, ενώ όσο αυτές μικραίνουν, το κόκκινο χρώμα εξασθενεί. Κι αν υπάρχει μια ελαφριά ομίχλη, εξαφανίζονται όλα τα χρώματα εκτός από το βιολετί.
Για να δούμε το ουράνιο τόξο, πρέπει η προσπίπτουσα ακτίνα με την εξερχόμενη -από τις σταγόνες- ακτίνα να σχηματίζουν γωνία 40°-42°(42° για το κόκκινο και 40° για το βιολετί), αφού σ' αυτές τις γωνίες το φως που παίρνουμε έχει τη μέγιστη δυνατή ένταση.
Μερικές φορές, το ουράνιο τόξο συνοδεύεται από ένα δευτερεύον τόξο, εξασθενημένης έντασης και διπλάσιου πάχους. Το δευτερεύον σχηματίζεται όταν το φως περάσει μέσα από σταγόνες που βρίσκονται πιο ψηλά από αυτές που δημιούργησαν το πρωτεύον και ανακλαστεί διπλά, δίνοντας έτσι στα χρώματα σειρά αντίθετη από εκείνη του πρωτεύοντος τόξου.
Άπιαστοι χρωματιστοί κύκλοι και ημικύκλια
Το τόξο είναι μέρος ενός φωτεινού κύκλου, το οποίο ωστόσο δεν φαίνεται να κλείνει. Το υπόλοιπο μέρος του συνεχίζεται κάτω από το έδαφος, όπου δεν υπάρχουν, όμως, αιωρούμενα σωματίδια για να μπορέσει να εκφραστεί ως κύκλος. Όσο πιο χαμηλά στον ορίζοντα βρίσκεται ο ήλιος, τόσο περισσότερο μεγαλώνει το τόξο, θυμίζοντας έτσι έναν ημιτελή κύκλο.
Όταν το σημείο παρατήρησής μας βρίσκεται αρκετά ψηλά (π.χ. είμαστε σε αεροπλάνο), τότε είναι πιθανόν να δούμε ολόκληρο το ουράνιο τόξο, δηλαδή, έναν πανέμορφο χρωματιστό κύκλο. Κύκλο, επειδή είναι το μόνο σχήμα που ανακλά το φως πίσω στα μάτια μας σε γωνία 42 μοιρών.
Οι σταγόνες της βροχής, πάνω και κάτω από το ουράνιο τόξο, δεν ανακλούν το φως στα μάτια μας. Αυτό σημαίνει πως κάθε άνθρωπος βλέπει διαφορετικό ουράνιο τόξο και, καθώς αλλάζουμε θέση, αλλάζει κι αυτό, αφού κάθε φορά το δημιουργούν διαφορετικές σταγόνες. Οσο το κυνηγάει κανείς, λοιπόν, τόσο εκείνο θα απομακρύνεται…
* Κάθε ημέρα, οι συνεργάτες του μη κερδοσκοπικού οργανισμού επικοινωνίας επιστημονικών θεμάτων στο ευρύ κοινό SciCo παρουσιάζουν με απλά λόγια ένα θέμα που φέρνει την επιστήμη πιο κοντά μας.
** Το άρθρο δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα «Φιλελεύθερος», αρ. φύλλου 17.
