Радуга не имеет форму дуги: вот почему вы видите ее неправильно

Вы когда-нибудь задумывались, почему радуга всегда выглядит одинаково, в виде красивой дуги в полнеба? Почему не квадрат, не прямая полоса, не зигзаг? На первый взгляд это кажется само собой разумеющимся, но за этой привычной формой скрывается чистая физика. А также речь идет про один факт, который большинство людей не знают всю жизнь. Спойлер: то, что вы видите, — это не дуга. Это круг. Просто спрятанный.

Наука показывает, что мы мало что знаем даже об обыкновенной радуге

Как образуется радуга

Чтобы понять форму, нужно сначала разобраться, как появляется радуга. Для нее нужно всего два ингредиента: солнечный свет и капли воды в воздухе. Именно поэтому радугу видят после дождя, когда тучи расходятся и солнце светит с одной стороны, а в воздухе еще висят миллионы мельчайших капель.

Каждая капля работает как крошечная призма. Когда луч солнца попадает в каплю, происходит сразу несколько вещей: свет преломляется на входе, отражается от внутренней стенки капли и снова преломляется на выходе. При каждом преломлении белый свет расщепляется на составляющие — красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, голубой, фиолетовый. Именно так и рождается спектр.

Кстати, если вам интересно, почему в радуге семь цветов — это во многом условность. Мы однажды уже разбирали, почему семь цветов радуги — это миф. В разных странах их насчитывают от двух до восьми, и все зависит от языка и культуры.

Почему радуга в форме дуги

Вот где начинается самое интересное. Капля воды отражает свет не в любую сторону — свет выходит из нее под строго определенным углом. Для видимого спектра этот угол составляет от 40 до 42 градусов относительно направления падающего солнечного света.

Это ключевой момент. Из всех миллионов капель, висящих перед вами в воздухе, вы видите цвет только от тех, которые находятся именно под этим углом — 40–42 градуса от вашего взгляда к солнцу. Капли, расположенные под другим углом, тоже преломляют свет, но он уходит в другую сторону и просто не попадает вам в глаза.

Теперь вопрос: если взять точку, ваш глаз, и провести все линии под одинаковым углом в разные стороны, какую фигуру вы получите? Правильно — конус. Основание этого конуса, если смотреть на него спереди, выглядит как окружность. Именно поэтому радуга круглая — это не дуга, это основание воображаемого конуса, вершина которого находится у вас в глазу, а второй конец направлен к солнцу за вашей спиной.

Схема образования радуги: преломление, отражение и дисперсия солнечного света в капле воды

Почему мы видим половину радуги

Если радуга — это круг, почему мы никогда не видим ее целиком?

Все просто: горизонт. Земля отрезает нижнюю половину окружности. Когда вы стоите на земле и смотрите на небо, нижняя часть конуса уходит под поверхность — туда, где капель дождя уже нет. Остается только верхняя часть — та самая дуга.

Но полный круг увидеть можно. Пилоты самолетов и парашютисты иногда наблюдают радугу в виде замкнутого кольца, особенно когда летят над облаками или дождем на большой высоте. Если горизонт не мешает, конус становится видимым целиком.

Есть еще один любопытный факт: радуга у каждого человека — своя. Она не существует в конкретной точке пространства. Подойдете ближе — она отодвинется. Попросите друга встать рядом — он будет видеть «свою» радугу, потому что угол 40–42 градуса считается от его глаза, а не от вашего. Именно поэтому до конца радуги нельзя добраться — физически его не существует.

Фотография круглой радуги. Теперь вы видели все. Источник изображения: scienceabc.com

Почему цвета радуги идут по порядку

Обратите внимание: в радуге красный цвет всегда снаружи, а фиолетовый — внутри. Это тоже следствие физики.

Разные цвета преломляются в капле под чуть разными углами. Красный выходит под углом около 42 градусов, фиолетовый — около 40. Из-за этой разницы в два градуса они формируют дуги разного радиуса: красная чуть выше, фиолетовая чуть ниже. Все остальные цвета выстраиваются между ними по порядку.

Именно этим объясняется, почему у двойной радуги цвета идут в обратном порядке — там свет отражается внутри капли дважды, что переворачивает всю последовательность.

Как увидеть круглую радугу

Каждый человек может увидеть круглую радугу, и для этого не нужен самолет. Достаточно садового шланга и солнечного дня. Встаньте спиной к солнцу, направьте распыленную струю воды перед собой и посмотрите на нее. Вы увидите радугу. Если опустить струю ниже, дуга опустится тоже, и в какой-то момент, если земля не мешает, можно заметить, что дуга продолжается ниже линии горизонта, стремясь замкнуться в кольцо.

Если хотите обсудить эту тему, добро пожаловать в наш Telegram-чат!

Тот же эффект можно поймать у водопада или фонтана — там брызги создают нужное облако капель, а если встать правильно, будет видна почти замкнутая дуга.