Как появляется радуга

Белый свет состоит из цветов

В 1666 году Исаак Ньютон пропустил солнечный луч через стеклянную призму и увидел на стене полосу цветов. Потом поставил вторую призму наоборот и собрал цвета обратно в белый луч. Так он доказал, что белый свет не «чистый», а состоит из смеси всех цветов. Разложение света на цвета называют дисперсией.

Почему призма разделяет цвета? При переходе из воздуха в стекло или воду свет преломляется, меняет направление. Свет разных цветов преломляется чуть по-разному: фиолетовый сильнее, красный слабее. Поэтому после призмы цвета расходятся веером.

Капли как призмы

Солнечный луч входит в каплю дождя, преломляется, отражается от задней стенки капли и, преломившись ещё раз, выходит обратно. Каждый цвет выходит под своим углом: красный примерно под 42° к исходному лучу, фиолетовый под 40°.

Поэтому радугу видно только тогда, когда солнце за спиной, а впереди падают капли. Из каждой капли в глаз попадает только один цвет, в зависимости от её положения. Капли выше дают красный, ниже фиолетовый. Миллионы капель вместе рисуют полосы цветов.

Почему дуга? Все капли, которые посылают в глаз свет под углом 42° к линии от солнца через голову наблюдателя, лежат на конусе с вершиной в глазу. В разрезе конус даёт окружность. Земля закрывает нижнюю часть, и мы видим дугу. Из самолёта иногда видна полная радуга-круг.

Семь цветов

Цвета радуги переходят друг в друга плавно, и их число условно. Семь цветов предложил Ньютон, отчасти по аналогии с семью нотами гаммы. Порядок легко запомнить по фразе: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан»: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

В английском похожая запоминалка: имя Roy G. Biv, по первым буквам red, orange, yellow, green, blue, indigo, violet. А в некоторых языках, например в японском до недавнего времени, синий и зелёный долго обозначались одним словом, и радугу описывали иначе. Сколько цветов «видно», зависит ещё и от языка.

Двойная радуга

Иногда над основной радугой видна вторая, более бледная. Она получается, когда свет отражается внутри капли дважды. Её угол около 51°, поэтому она выше. А порядок цветов обратный: красный снизу, фиолетовый сверху. Каждое лишнее отражение «переворачивает» картинку.

Между двумя радугами небо заметно темнее, чем снаружи. Эту тёмную полосу называют полосой Александра, в честь древнегреческого философа Александра Афродисийского, который описал её почти две тысячи лет назад.

Радуга дома

• Садовый шланг. В солнечный день встаньте спиной к солнцу и пустите мелкие брызги перед собой. Радуга появится в облаке капель.
• Стакан воды. Поставьте полный стакан на подоконник на солнце, под ним лист бумаги. Подвигайте лист, и на нём появится полоска цветов.
• Компакт-диск. Его поверхность раскладывает свет на цвета, хотя по другой причине: из-за мелких дорожек на диске свет интерферирует.
• Зеркало в тазу с водой. Положите зеркальце под углом в воду и направьте на него солнце или фонарик. На стене появится радуга.

Опыты с плотностью, давлением и другими явлениями собраны в статье о домашних опытах.

Как сфотографировать радугу

Радуга чаще всего появляется после летнего дождя ближе к вечеру, когда солнце уже низко, а на востоке ещё падают капли. Встаньте так, чтобы солнце было строго за спиной: ваша тень укажет на центр будущей дуги.

На телефоне лучше снимать широкоугольным режимом: радуга занимает большую часть неба, и обычный кадр вмещает только кусочек. Если в кадре есть дом, дерево или горы, снимок выглядит интереснее: видно масштаб.

Поляризационный фильтр на фотоаппарате может заставить радугу почти исчезнуть: свет радуги поляризован, то есть колеблется в определённой плоскости. Это ещё одно доказательство того, что радуга состоит из отражённого в каплях света. Проверить можно и без фильтра: посмотрите на радугу через солнцезащитные очки с поляризацией и наклоните голову.

А вот предсказать радугу заранее точно не получится: нужно совпадение солнца, дождя и вашего положения. Поэтому каждая радуга немного случайный подарок, и её стоит успеть заметить.

Вопросы на понимание

Частые вопросы