Regnbuer og lysbrytning: Slik dannes regn- og polariserte lystrekk

Regnbuen: Ikke magisk, men fysikk av den vakreste type

En regnbue er en av de mest underfundige fenomenene i naturen. Folk har forklart den som forbund fra Gud (som i Bibelen), som tegn på lykke, eller som rent magisk fenomen. I virkeligheten er det ikke mindre fantastisk—det er et eksempel på hvordan lys oppfører seg når det møter vann.

En regnbue oppstår når tre ting skjer samtidig: det er sollys bak deg, regn foran deg, og du står i riktig vinkel. Når lys fra solen treffer en vanndråpe, brekkes det, reflekteres inne i dråpen, og brekkes igjen når det forlater dråpen. Denne trippel-hendelsen skaper farger.

For hundrevis av år lo vitenskapsmenn på dette fenomenet uten å forstå det helt. Det var først Isaac Newton som demonstrerte at hvitt lys inneholder alle fargene i spektrum. Han brukte et prisme for å vise at hvitt lys kunne deles i regnbuefarger—rødt, oransje, gult, grønt, blått, indigo, og fiolett (ROYGBIF).

Hvordan lys brytes og reflekteres i en vanndråpe

For å forstå en regnbue, must du forstå tre fenomen: brudd (refraction), refleksjon, og dispersjon. Når lys treffer en vanndråpe i visse vinkler, brekkes det fra sin originale bane. Hvis du har en stråle av sollys som beveger seg fra luft (som har lavere tetthet) inn i vann (som har høyere tetthet), endrer strålen retning. Det er som om lyset begynner å 'bremse opp' og velter mot siden.

Inne i dråpen reflekteres lyset på baksiden av dråpen (som fungerer som et speil). Så når lyset forlater dråpen, brytes det igjen. Denne dobble-brytningen samt refleksjonen fører til at ulike farger separeres fra hverandre—rødt lys brekkes minst, mens fiolett brytes mest.

Vinkelen mellom innfallende sollys, dråpen, og øyet ditt, er kritisk. Hvis du ikke står i riktig vinkel—vanligvis rundt 42 grader fra sollys—vil du ikke se en regnbue selv om betingelsene ellers er perfekte. Det er derfor regnbuen alltid ses på motsatt side av solen fra deg.

Hvorfor har regnbuen alle disse fargene?

Hver farge av lys har en unik bølgelengde. Rødt lys har den lengste bølgelengden (rundt 700 nanometer), mens fiolett har den korteste (rundt 400 nanometer). Når hvitt lys (som inneholder alle bølgelengder) brytes gjennom en vanndråpe, brytes hver bølgelengde i en litt annen vinkel.

Rød lys brytes minst, så det ender opp i den ytre delen av regnbuen. Fiolett brytes mest, så det ender opp innenfor. De andre fargene—oransje, gult, grønt, blått, indigo—ordner seg selv mellom rød og fiolett basert på deres bølgelengder. Det skjer milliarder av ganger, i milliarder av vanndråper, og din hjerne samler dette monsteret inn i en vakker buet stripe av farger.

Det er fascinerende: det finnes ikke noe 'fiolett lys' høyere bølgelengde enn det vi allerede har—mennesker kan ikke se ultraviolett. Regnbuen blir derfor aldri mer fargerik, uansett hvor perfekt betingelsene er. Det er den grensen for menneskelig persepsjon av lys.

Tall som beskriver regnbuen

Her er noen nøkkeltall om lysbrytning og regnbuer:

Doble regnbuer, supernumerary arcs, og polarisering

Noen ganger ser du to regnbuer samtidig—en primær og en sekundær. Den sekundære regnbuen er skapt av en ekstra refleksjon inne i vanndråpen. Lyset reflekteres to ganger før det forlater dråpen, i stedet for en gang. Den sekundære regnbuen er vanligvis lysere (den får mindre intens på grunn av ekstra refleksjon) og fargene er reversert (fiolett på utsiden, rødt innenfor).

Noen ganger vil du se ekstra, svakere arker helt innenfor den primære regnbuen. Disse kalles supernumerary arcs og er skapt av quantum-effekter og interferens av lys. Det er en av de få steder hvor kvantemekanikk blir synlig for det nakne øyet.

Et interessant fenomen er at regnbuens lys er delvis polarisert. Polarisering betyr at lyset oscillerer i hovedsakelig en retning i stedet for alle retninger. Hvis du bruker polariserte solbriller, vil regnbuen faktisk se mørkere ut! Av denne grunn så mange mennesker mindre dramotiske regnbuer når de bruker polariserte solbriller.

Fremtidsblikk: Regnbuer i 2027 og videre

Regnbuer er fra før mennesker finnes og vil eksistere så lenge det finnes vann, sol, og observatører. Men klimaendringer kan påvirke hyppigheten og intensiteten av regn i mange regioner.

"En regnbue er ikke bare et fenomen—det er et bevis på at virkeligheten er så rik og vakker at vi aldri kan slå ihjel undringen vår for den."