Regnbuen forklart: Hvordan lys brytes i regndråper

Regnbuens hemmelighet

Den beste regnbuen jeg noen gang har sett, så jeg på stranda utenfor Tromsø en juli-ettermiddag. Regn falt på den ene siden, og solen skinte på den andre — og plutselig var det der, en utskalert lysbukt som strakte seg helt fra sjøen til fjellet. Det som gjorde det spennende var ikke bare skjønnheten, men at jeg endelig forstod hvorfor regnbuen eksisterte og hvordan den dannes. Det handler ikke om magisk troll-gull eller guder som tegner farger på himmelen. Det er ren fysikk, og det er like fascinerende som eventyrene.

Den artikkelen du leser nå, skal gjøre deg i stand til å forstå det samme. Vi skal reise gjennom optikken, fargelæren og geometrien som gjør at regnbuen dannes akkurat slik den gjør. Du skal lære hvorfor regnbuen alltid dukker opp med sollys i ryggen, hvorfor fargene er alltid de samme, og hvordan du kan planlegge for å se den best mulig. Det er kunnskap som gjør hver regnbue du ser heretter, langt mer meningsfull, fordi du vet hva som foregår bak kulissene.

Fra mytologi til optikk

Menneskene har lenge fascinert av regnbuen. I gamle tekster finnes den overalt: i gresk mytologi som Iris, gudebuden som fløy langs en lysende brikk mellom himmel og jord. I nordisk mytologi var Bifrost brua som forbandt menneskenes verden med gudenes rike. I Bibelens Første Mosebok er regnbuen Guds løfte om at flommene skal slutte. Hver kultur tilskrev regnbuen sin egen betydning, fordi den var så opprivende vakker, så uforutsigbar og så ettertraktelig å fange.

Det var først rundt år 1300 at vitenskap begynte å forklare fenomenet. En arabisk lærd ved navn Ibn al-Haytham skrev om hvordan lys oppfører seg, og italieneren Theodor av Freiberg utarbeidet de første tegninger av hvordan lys brytes gjennom en vanndråpe. Men det var ikke før Isaac Newton delte hvitlyset i spekteret sitt med et prisme på 1600-tallet at vi virkelig forstod det. Newton påviste at hver farge i regnbuen er faktisk en usynlig del av sollyset som allerede befinner seg i det hvite lyset vi ser hver dag.

Slik brytes lyset

Nøkkelen til å forstå regnbuen ligger i å forstå hva som skjer når lys treffer en vanndråpe. Tenk deg en kulerund dråpe som regn som detter gjennom luften. Sollyset som kommer fra solen bak deg, innfaller mot forsiden av denne dråpen. Her skjer det første som kalles brytning: lyset endrer retning når det går fra luft inn i vann, fordi vann er tettere og langsommere for lyset enn luft. Lyset bøyes innover, og når det treffer bakksiden av dråpen, reflekteres det som i et speil — det spretter tilbake innover.

Når det reflekterte lyset deretter treffer forsiden av dråpen igjen, brytes det en gang til når det går fra vann tilbake ut i luft. Resultatet er at lyset kommer ut av dråpen i en annen vinkel enn det gikk inn. Og her er det magiske: hver farge i sollyset brytes med en litt annen vinkel. Rødt lys brytes minst, blått og fiolett lys brytes mest. Det betyr at når lyset kommer ut av dråpen, er fargene helt separert fra hverandre. Tusen millioner slike dråper, alle som spiller samme rolle, lager regnbuen vi ser.

Tallene bak regnbuen

Fysikken bak regnbuen krever presisjon. Alle tall må passe nøyaktig for at fenomenet skal vises slik vi ser det.

Hvorfor rødt er alltid øverst

Hver farge i regnbuen oppstår fordi lys av forskjellig bølgelengde brytes med forskjellig vinkel når det passerer gjennom vanndråper. Rødt lys har den lengste bølgelengden av alle fargene vi kan se, og det brytes minst når det går gjennom vann. Blått og fiolett har kortere bølgelengder, og de brytes mer. Dette betyr at rødt lys, som brytes minst, kommer ut av dråpen i en større vinkel — omtrent 42 grader fra retningen av det innkommende sollyset. Blått og fiolett kommer ut i mindre vinkler, rundt 40 grader. Fra din synsvinkel betyr det at rødt alltid ligger ytterst i regnbuen, og blått/fiolett ligger innenfor.

Dessuten er det interessant at mennesker ikke ser alle bølgelengdene av lys — vi ser omtrent fra 380 nanometer (fiolett) til 700 nanometer (rødt). Hvis vi kunne se ultrafiolett eller infrarødt, ville regnbuen sett helt annerledes ut! Men innenfor det spekteret vi oppfatter, er det sju hovedfarger som vises på regnbuen: rødt, oransje, gult, grønt, blått, indigo og fiolett. Fargeovergangene mellom hver farge er ikke skarpe linjer — de glir kontinuerlig over i hverandre, og det er derfor regnbuen ser så jevn og glatt ut når du ser den langt borte.

Ekspertens ord

Regnbuen har alltid vekket undring hos mennesker, men det er først når vi forstår fysikken at vi setter den i sitt rette perspektiv.

Fem myter om regnbuen som ikke stemmer

Det finnes mange misforståelser omkring regnbuen. En av de mest vanlige er at regnbuen oppstår når regn og sol forekommer samtidig. Det er ikke helt sant — det som kreves er at regn eller dugg finnes på den siden av deg som er bort fra solen, og at sollys kan nå deg fra bak. Du kan for eksempel se en regnbue selv om det ikke regner hvor du står, så lenge det regner eller dugg finnes et stykke unna. En annen myte er at du kan nå regnbuen hvis du kjører mot den eller går mot den. Siden regnbuen er en optisk effekt som bare oppstår i en bestemt vinkel fra solen, vil regnbuen alltid flyte unna når du beveger deg. Det er fysisk umulig å ta den.

En tredje misforståelse er at regnbuen har en diameter eller størrelse som er fast. I virkeligheten er en primær regnbue alltid 42 grader fra det Anti-solpunktet — det punktet på himmelen som er rett motsatt fra solen. Størrelsen på det område som opptar regnbuen avhenger av hvor mange dråper som reflekterer lys tilbake til deg, og det avhenger av hvor tett regnet eller duggefallet er. En fjerde myte er at det finnes gull under regnbuen. Det finnes ikke, selvfølgelig — men denne myten holdt seg så sterkt gjennom århundrer at den har blitt en del av kulturen. Den femte myten er at man kan se alle sju fargene klart. I praksis er midtfargen — indigo — så lik blått at de fleste mennesker ikke oppfatter den som en egen farge.

De viktigste begrepene forklart

For å forstå regnbuen fullt ut, er det nyttig å kjenne til disse fagbegrepene. De forklarer hvordan fenomenet dannes og hvorfor det oppfører seg slik det gjør.

• Brytning: når lys endrer retning når det passerer fra ett medium til et annet, som fra luft til vann eller omvendt.
• Refleksjon: når lys spretter tilbake fra en overflate, som når det treffer innersiden av en vanndråpe.
• Dispersjon: når hvitlyset splittes opp i sine komponentfarger fordi hver farge brytes med litt annen vinkel.
• Anti-solpunkt: det stedet på himmelen som ligger rett motsatt fra solen, rundt det sentrum av regnbuen oppstår.
• Innfallsvinkel: vinkelen mellom innkommende stråle og normalen til overflaten det treffer.
• Primær regnbue: den innerste, sterkeste regnbuen som dannes fra én refleksjon inne i vanndråpen.
• Sekundær regnbue: en svakere, ytre regnbue som dannes fra to refleksjoner inne i vanndråpen, med omvendt fargerekke.

Hva trenger du for å se en regnbue?

Å se en regnbue er faktisk enkelt, hvis du vet hva du skal se etter. Du trenger tre ting: sollys, vann (som regn, dugg, tåke eller dusj) og den rette posisjonen. Den rette posisjonen betyr at solen må være bak deg, og vanndråpene må være foran deg. Den beste tiden på dagen er på formiddagen eller ettermiddagen, når solen er lavere på himmelen. Når solen står høyere på himmelen (som ved middag), er vinkelen til regnbuen vanskeligere å se, fordi den ville vært høyere opp på himmelen og dermed svakere. I praksis betyr det at hvis du vil se en regnbue planlagt, skal du se mot regn eller dugg mens solen er bak deg, og vinkelen fra solen til dråpene bør være rundt 42 grader.

En praktisk måte å se en regnbue på, er å bruke en hagesprøyte en solrik dag. Still deg slik at solen er bak deg, og sprøyt vann fremover fra hagesprøiten. Hvis du gjør det riktig, vil du se en liten regnbue danne seg i vanntåken. Dette er det samme fenomenet som oppstår naturlig under regn, bare på en mindre skala. Det samme kan gjøres under en dusj dersom du åpner for lys fra vinduet på riktig måte. En annen måte er å søke opp prognoser for senere regnbyger, og plassere deg på en god utsiktspunkt med solen i ryggen når regnet nærmer seg. Det krever litt planlegging, men det er absolutt verdt innsatsen når du ser den store, fargerike regnbuen som resultatet.

Regnbuens fysiske egenskaper

Regnbuens egenskaper kan måles og beskrives presist. Her er de mest interessante tallene som definerer fenomenet.

Fra en far som tok tiden

En dag som helt transformerte hvordan en far tenker på vitenskap og undring.

Når er det best å se regnbuer?

Sommeren og høsten er de beste årstidene for å observere regnbuer, siden det regner oftere på da på disse årstidene på det meste av Norge, og solen er høyere på himmelen enn på vinteren. Imidlertid er det på sommerkvelder og tidlig ettermiddag at solen står i en optimal vinkel for dannelsen av regnbuer. I Norge er juni og juli særlig gode måneder, fordi solen er høy på himmelen, og det er regn tilgjengelig. Høsten, spesielt august og september, bringer ofte kraftige regnbyger ettermiddag, som er perfekt for regnbue-observasjon. Vinteren og våren kan også vise regnbuer, men de er mindre hyppige fordi været er gjennomsnittlig tørrere eller at solen er lavere på himmelen.

For fotografer som ønsker å dokumentere regnbuer, kreves noe utstyr og planlegging. En kamera med vidvinkellinse er ideelt, fordi regnbuen dekker et stort område av himmelen. En stativ hjelper til med å holde kameraet stabilt under eksponeringstidene. En polfilter kan være nyttig for å redusere gjenskinn fra vanndråpene og gjøre fargene mer levende. Hvis du planlegger å fotografere regnbuer regelmessig, er det verdt å laste ned værvarslingsapper som varsler deg når det oppstår forhold som kan produsere regnbuer. Med litt praksis og tålmodighet, kan du bygge opp en imponerende samling regnbue-fotografier gjennom årene.

Hvordan du starter

Nå som du forstår fysikken bak regnbuen, er det tid til å se den selv med nye øyne. Det første steget er å være oppmerksom på vær og lysforhold. Når værvarsleren sier det kommer regnbyger og solen skinner fra motsatt retning, er det din sjanse. Plassere deg på et høyt sted med utsikt, eller gå ut i hagen med en hagesprøyte for å eksperimentere. Hvis du er fotografiinteressert, ta med deg en kamera og eksperimentere med ulike innstillinger og vinkler. Hver regnbue er unik, avhengig av størrelse og antall vanndråper, så det er aldri to helt identiske.

I tillegg kan du dele kunnskapen med andre. Forklar til barn hvorfor regnbuen dannes, eller del disse fakta på sosiale medier når du ser en særlig vakker eksempel. Regnbuen er en påminnelse om at verden er full av fysisk skjønnhet som vi kan forstå og lære fra. Og hver gang du nå ser en regnbue, vil du være klar over den fantastiske reisen lyset har gjort gjennom tusenvis av vanndråper for å nå øyet ditt. Det gjør hver observasjon dypere og mer meningsfull.