Do zrobienia tęczy potrzebujesz dwóch rzeczy: zawieszonych w powietrzu kropelek wody (deszcz, mgła, pryskająca fontanna…) i przechodzących przez nie promieni Słońca. Po perfekcyjnym złożeniu obu tych czynników powinniśmy zobaczyć w powietrzu efektowny świetlisty łuk o siedmiu kolorach, od czerwieni po fiolet.
No właśnie, skąd te wszystkie kolory tęczy?
Zacznijmy więc od tego, że “białe” światło, jakie odbieramy w ciągu dnia, to swego rodzaju iluzja. W rzeczywistości Słońce emituje całe spektrum fal elektromagnetycznych o przeróżnych długościach – a jak pewnie wiesz, poszczególne barwy są po prostu wycinkami widma o określonej długości. Ponieważ promienie słoneczne to mieszanka rozmaitych fal, nasze mózgi postanowiły je intepretować neutralnie, jako bliskie bieli.
Kropelki światła psują tę iluzję: rozplątują promień białego światła, rozkładając go na osobne części składowe. Działają analogicznie do pryzmatów, czyli tych szklanych trójkątnych bryłek, którymi lubił bawić się Izaak Newton. To właśnie on, jako pierwszy zauważył, że kolory mają związek z właściwościami światła, a promienie słoneczne są pozbawione barwy tylko pozornie.
Newton słusznie wydedukował, że światło o poszczególnych kolorach załamuje się pod nieco innym kątem – błękit pod większym od żółci, a żółć pod większym od czerwieni. Dlatego “białe” światło wpadające do pryzmatu, podlegające załamaniom i odbiciom, musiało ukazywać swoją prawdziwą naturę, rozdzielając się poszczególne pasma składowe.
Niezłe osiągnięcie zważywszy na fakt, że Anglik nie miał bladego pojęcia, co do prawdziwej natury światła. Nie myślał o falach, przypuszczając, że barwy zależą od wirowania mających budować światło mikroskopijnych kuleczek.
Dobra, dobra, ale dlaczego tęcza ma akurat te 7 kolorów?
Właściwie Internecie już padła odpowiedź na to pytanie, ale może ją doprecyzuję. Światło to fala elektromagnetyczna, która może przyjmować różne długości. Nasze oczy dostrzegają tylko drobny wycinek tego widma – światło widzialne – obejmujące wszystkie kolory tęczy, od fioletu (najkrótsza fala, około 400 nanometrów) po czerwień (najdłuższa fala, około 700 nanometrów). Pomiędzy nimi znajdują się barwy pośrednie, a więc niebieski, indygo/cyjan (zwał jak zwał), zielony, żółty i pomarańczowy.
Poza tym fragmentem widma, promieniowanie elektromagnetyczne pozostaje niewidzialne dla naszych zmysłów. Jesteśmy ślepi na fale o większej długości od czerwieni z jednej strony (podczerwień); oraz na fale krótsze od fioletu (ultrafiolet) z drugiej.
Ej, to akurat ciekawe. Czyli tęcza ma również niewidzialne fragmenty?
Tak, przynajmniej częściowo. Zwykle skupiamy się na tym, ile kolorów ma tęcza, bo interesuje nas wyłącznie światło widzialne. Tymczasem kompletny zakres widmowy tęczy wynika z właściwości atmosfery oraz kropelek wody. Dokładniej z tego, ile promieniowania przepuszczą, a ile zatrzymają dla siebie.
Zasada jest taka, że woda lepiej przepuszcza światło o krótkiej fali, niż to o fali długiej. Z tego samego powodu przedmioty zanurzone głęboko w wodzie wydają się bardziej niebieskie – bo czerwona część widma zostaje po drodze pochłonięta. Dotyczy to także niewidzialnego spektrum promieniowania. Woda absorbuje ponad 90% podczerwieni, ale przepuszcza większość ultrafioletu do długości 200 nanometrów.
Jednak przy spektrum krótkich fal pojawia się inna przeszkoda. Chociaż promienie UV są emitowane przez Słońce w dużej obfitości, docierają do nas tylko jego resztki (i dobrze, chyba, że lubicie karmić czerniaka). Większość ultrafioletu potyka się o warstwę ozonową i resztę cząsteczek stratosfery, a do ziemi docierają niemal wyłącznie jego odfiltrowane pozostałości o najniższej energii i długości (315−400 nm).
Krótko mówiąc, granice wyznaczają właściwości absorpcyjne wody oraz powietrza. Gdybyśmy więc potrafili widzieć szerszy wycinek widma, tęcza na pewno wyglądałaby dla nas nieco inaczej i zyskałaby nieco na szerokości z obu stron. Nie byłaby to jednak różnica kolosalna. Możesz się sam przekonać, ponieważ ciekawscy ludzie już dawno wpadli na pomysł przeprowadzenia tego typu obserwacji.
Pierwsze zdjęcie tęczy w podczerwieni wykonane przez Roberta Greenlera trafiło nawet na okładkę magazynu Science we wrześniu 1971 roku. Nie powiedziałbym jednak, że to najlepszy wybór, jeśli szukasz tapety na telefon.
Tak mi jeszcze przyszło do głowy: czy tęcza to wyłącznie ziemskie zjawisko?
Wszędzie tam, gdzie występuje światło i drobne kropelki przezroczystej cieczy, mogą powstawać tęcze. Biorąc pod uwagę, że na powierzchni obcego ciała niebieskiego atmosfera będzie miała inną strukturę, a padać może niekoniecznie woda – tęcza również powinna różnić się od ziemskiej.
Za przykład może posłużyć Tytan. Największy księżyc Saturna, znany jest z wyjątkowo gęstej, azotowej atmosfery i deszczów ciekłego metanu. Ten przepuszcza światło, więc jak najbardziej ma potencjał do uformowania tęczy. Co prawda na powierzchni Tytana jest ciemniej niż u nas, więc gołym, ludzkim okiem prawdopodobnie nie zobaczylibyśmy niczego spektakularnego. Jednocześnie metan absorbuje znacznie mniej promieniowania o długiej fali promieniowania niż woda, toteż używając noktowizora, moglibyśmy podziwiać bardzo intensywną tęczę w podczerwieni.
A TAK W OGÓLE TO… To, jak postrzegamy tęczę wynika z ograniczeń ludzkich zmysłów i mózgu. One sprawiają, że fale elektromagnetyczne o określonej długości odbieramy jako konkretne kolory, jak również, że nie widzimy szerszego fragmentu widma. Przykładowo ptaki posiadają posiadają nie trzy (jak my), lecz cztery rodzaje fotoreceptorów i potrafią widzieć również w zakresie ultrafioletu. Dla gołębia czy wróbla tęcza wygląda więc nieco inaczej niż dla ciebie.
(Ha, udało mi się napisać cały tekst o tęczy i ani razu nie użyć słowa dyspersja!)
Super artykuł
Okej, czytałem ten artykuł z zamiarem zrozumienia, dlaczego nigdy nie udało mi się znaleźć skrzynki z złotem na końcu tęczy… Zamiast tego dowiedziałem się, że tęcza świeci w podczerwieni. Dobra robota. 😉