Regnbuens hemmeligheter: Lysbrytning og naturens vakreste fenomener

Regnbuen: Når fysikk blir kunst

En regnbue er blant de vakreste fenomenene du kan se på en grå dag. Og det beste er: nå vet du at det ikke er magi, det er optikk. Lys fra solen treffer vanndråper i luften, brytes, tilbakekastes innvendig, og brytes igjen når det forlater dråpen. Resultatet er et spektrum av farger som arrangement seg i en bue på himmelens.

Isaac Newton brukte et prisme til å vise at hvitt lys egentlig er sammensatt av alle fargene. Når lyset passerer gjennom glasser prisme, brytes hver farge en litt annen vinkel, og du ser dem separat. En regnbue er som Newtons prisme, bare at medium er vanndråper og strålingen av lysstråler i stedet for ett enkelt stråle.

Det fineste er at regnbuen du ser er personlig for deg. Noen andre, fra et annet punkt, ser en helt annen regnbue. Hver person ser sin egen regnbue—hvilket gir fysikken en poetisk kant.

Fysikken bak lysbrytningen

Når lys passerer fra luft til vann (eller fra ett medium til et annet), endrer det hastighet. Lyset som på en vinklet treffer vanndråpen, blir bøyd—dette kalles refraction. I en vanndråpe, treffer lyset først den øvre overflaten, brytes innover, treffer den bakre overflaten og tilbakekastes, og eksiterer deretter gjennom den nedre overflaten hvor det brytes igjen og forlater dråpen.

Hver farge—hver bølgelengde av lys—brytes en litt annen vinkel. Rødt lys brytes mindre enn blått lys. Det er hvorfor rødt alltid er på utsiden av regnbuen, og blått på innsiden. Hvis du ser en dobbel regnbue, er fargerekkefølgen omvendt på den andre buen—det er fordi lyset har tilbakekastet to ganger i stedet for en.

Det interessante er at ikke alle vinkler fungerer. En regnbue oppstår ved en spesifikk vinkel—42 grader fra anti-solarepunktet (punktet på himmelens direkte motsatt av solen). Det er derfor regnbuer alltid dukker opp i samme vinkel. Hvis du prøver å gå mot en regnbue, oppstår den samtidig ved samme vinkel, så du aldri kan nå den.

Tall og trender

Optikk avslører mønstre og konstanter i naturen.

Sjeldne regnbue-fenomener du kanskje ikke vet om

En "gloria" eller "heiligenskein" oppstår når du står med ryggen mot solen og ser på tåken eller skyen foran deg. Du ser en glorie rundt skyggen din—lyset tilbakekastes fra små vanndråper eller iskrystaller og kommer tilbake til øynene dine. Det ser ut som du har en heil omkring hodet.

"Morgengløder" og "solnedgangsgløder" er når lyset fra solen dannes omkring objekter—skyene blir røde og oransje. Dette er ikke helt en regnbue, men det er samme prinsipp: lysets spredning og brytning gjennom små partikler.

"Supernumerære buer" er ekstra, svake buerbuer som noen ganger vises under en vanlig regnbue. De dannes når lyset gjennomgår meget små vanndråper og interfererer med seg selv—en kvantemekanisk effekt hvor lysbølgene forstyrrer eller forsterker hverandre.

En "omvendt regnbue" eller "regnbue fra månen" forekommer når månen er ansatt og sterke nok. Det er sjeldent, og det krever at månen er nær fullmåne, og at det regner eller er dusj på den motsatte siden av himmelens fra månen.

Slik fotograferer du regnbuer—og andre optiske fenomener

For å fotografere en regnbue, må solen være bak deg og regnet foran deg—eller i det minste vanndråper. Morgener og ettermiddager er best fordi solen er lavere på himmelens og vinklene blir riktige. En smarttelefon kan faktisk ta gode regnbuebiller, men en kamera med et bredt objektiv vil fange hele buen.

Det beste trikset er å eksponere for himmelens bakgrunn, ikke regnbuen. Regnbuen er selv et lys-objekt, så hvis du eksponerer for buen, blir himmelens mørk. Hvis du eksponerer for himmelens, blir regnbuen vibrant.

For å se andre optiske fenomener, som glorie eller supernumerære buer, må du være veldig tålmodig. Gå ut på fjelltopper eller høyt på en fjellside når det er tåke, og posiser deg slik at solen er bak deg. Noen ganger dannes en gloria—en glitrende sirkel rundt skyggen din. Det er en av naturens beste gåter.

Hvis du bruker en sirkulær polarisator på kameraet ditt, kan du faktisk få regnbuene til å bli mer levende ved å redusere refleksjonen fra vanndråpene rundt dem.

Regnbuens filosofi: Skjønnhet gjennom forståelse

Det interessante med å forstå fysikken bak en regnbue, er at det ikke ødeleger skjønnheten—det øker den. Å vite at rødt lys brytes mindre enn blått, og at det er derfor rødt alltid er på utsiden, gjør regnbuen ikke mindre vakker. Det gjør den mer vakker fordi du forstår kompleksiteten som ligger under overflaten.

Regnbuer har symbolisert håp gjennom hele menneske-historien. I tradisjonelle myter er de bruer mellom himmel og jord. I dag vet vi at de er møter mellom lys, vann, og geometri. Men det betyr ikke at de er mindre mirakuløse.

Hver gang du ser en regnbue, husker du at du ser på det samme fenomenet som mennesker har sett i tusenvis av år. Newton så det og oppfant optikken. Du ser det og forstår universet litt bedre. Og det er veldig flott.