|
Tęcza - piękne zjawisko niebieskie - zawsze przyciągała
uwagę człowieka. W dawnych czasach, gdy ludzie jeszcze bardzo mało
wiedzieli o otaczającym ich świecie, traktowali tęczę jako "znak
niebios". I tak starożytni Grecy myśleli, że tęcza to uśmiech bogini
Iris. Tęczę obserwuje się na tle chmur deszczowych lub deszczu w
kierunku przeciwnym do położenia Słońca. Różnokolorowy łuk znajduje się
zazwyczaj w odległości od 1 do 2 km od obserwatora, niekiedy można go
zaobserwować w odległości od 2 do 3 m na tle kropel wodnych unoszących
się w powietrzu wokół fontanny lub rozpylacza.
Środek tęczy znajduje się na przedłużeniu prostej łączącej Słońce z
okiem obserwatora na linii dosłonecznej. Kąt między linią poprowadzoną
od oka obserwatora do zewnętrznego punktu podstawy tęczę głównej i linią
dosłoneczną (zewnętrzny promień kątowy) wynosi 41-42°.
W momencie wschodu Słońca punkt przeciwsłoneczny znajduje się na linii
horyzontu i tęcza ma kształt półokręgu. W miarę wznoszenia się Słońca
punkt przeciwsłoneczny opuszcza się poniżej horyzontu i rozmiary tęczy
zmniejszają się. Staje się ona tylko częścią półokręgu. Obserwator
znajdujący się wysoko, na przykład w samolocie, widzi tęczę jako pełny
okrąg z własnym cieniem pośrodku.
Często obserwuje się drugą tęczę wtórna, współśrodkową względem
pierwszej tęczy - głównej, o promieniu kątowym około 52° i o odwrotnym
rozkładzie barw. Przy wysokości Słońca 41° tęcza główna przestaje być
widzialna, a nad horyzontem wystaje jedynie część tęczy wtórnej, zaś
przy wysokości Słońca przekraczającej 52° nie widać nawet tęczy wtórnej.
Dlatego w średnich i równikowych w godzinach południowych tego zjawiska
przyrody nigdy się nie obserwuje.
W tęczy, podobnie jak w widmie, rozróżnia się siedem barw podstawowych
pilnie przechodzących jedną w drugą. Kształt łuku, jaskrawości barw,
szerokość pasm zależą od rozmiarów i liczby kropelek wody. Duże krople
tworzą węższa tęczę z wyraźnie oddzielonymi barwami, zaś małe - łuk
rozmyty, wyblakły a nawet biały. Właśnie dlatego jaskrawa, wąska tęcza
widoczna jest latem po burzy, podczas której padają ciężkie krople
deszczu.
Pierwsza teorię tęczy opracował w 1637 roku Kartezjusz. Objaśniał on
tęczę jako zjawisko związane z odbiciem i załamaniem światła w kroplach
deszczu.
Tworzenie barw i kolejności zostały wyjaśnione później, po odkryciu
złożonej natury światła białego i jego rozpraszania się w różnych
ośrodkach. Teoria dyfrakcyjna tęczy została opracowana przez Airy' ego.
Rozpatrzymy przypadek najprostszy: niech na kroplę mającą kształt kuli
pada wiązka równoległych promieni słonecznych. Promień padający na
powierzchnię kropli ulega załamaniu zgodnie z prawem załamania -
odpowiednio powietrza i wody także odbiciu. Załamany promień wychodzi z
kropli, a odbity może przejść dalej. [Załamanie promienia
w kropli wody ].
W ten sposób promień światła może w kropli wody ulec wielokrotnemu
załamaniu i odbiciu. Przy każdym odbiciu pewna część promieni światła
wychodzi na zewnątrz i ich intensywność wewnątrz kropli zmniejsza się.
Najbardziej intensywnym z promieni wychodzących na zewnątrz jest promień
wychodzący z kropli w powietrze w punkcie B.
Trudno go jednak zaobserwować, bowiem ginie on na tle jaskrawych
bezpośrednich promieni słonecznych. Natomiast promienie załamane w
punkcie C, tworzą na tle ciemnych chmur tęczę główną, a promienie
ulegające załamaniu w punkcie D dają tęczę wtórną która, jest mniej
intensywna niż główna.
Dla niektórych kłopotliwe jest pytanie, dlaczego tęcza jest okrągła i
występuje w postaci łuku? Wydaje im się bowiem, że skoro krople deszczu
spadają chaotycznie, to również światło biegnące od nich w kierunku
obserwatora powinno rozpraszać się chaotycznie i przed oczyma
obserwatora powinna powstać zwarta ściana świetlna. Byłoby tak istotnie,
gdyby na krople padało światło rozproszone z różnych kierunków. Wiemy
jednak, że na kroplę deszczu padają równoległe wiązki światła i stąd
też wszystkie promienie z kropli rozchodzą się i wpadają do oka pod
określonym kątem w stosunku do padania promieni słonecznych (42° lub
52°). Jeżeli oko znajdzie się w innym miejscu, nie pokrywającym się z
tym kierunkiem (na przykład jeśli obserwator wzniesie się na samolocie),
to po prostu nie zobaczy ono łuku.
Przy rozpatrywaniu powstania tęczy trzeba uwzględnić jeszcze jedno
zjawisko niejednakowe załamanie fal światła o różnej długości, to znaczy
promieni świetlnych o rożnych barwach. Zjawisko to nosi nazwę dyspersji.
W wyniku dyspersji kąty załamania i kąty odchylenia promieni w kropli są
różne dla różnych barw.
Najczęściej spotykamy jedną tęczę. Czasem się zdarza, że na nieboskłonie
pojawiają się jednocześnie dwa tęczowe pasma, jedno nad drugim.
Spotykamy się niekiedy, co prawda dość rzadko, większą liczbę łuków
tęczy - trzy, cztery a nawet pięć jednocześnie.
[Tworzenie się tęczy pierwszego (a) i drugiego (b)
rzędu
].
Okazuje się, że tęcza może powstawać nie tylko od bezpośrednich promieni
słonecznych; czasem powstaje ona także od odbitych promieni Słońca Można
to zobaczyć nad brzegami zatok, dużych rzek i jezior. Trzy lub cztery
takie tęcze - zwykłe i odbite- tworzą wtedy piękny widok. Ponieważ
promienie Słońca odbite od powierzchni wody biegną z dołu do góry, to
tęcza tworząca się w tych promieniach może czasem wyglądać zgoła
nieoczekiwanie.
Nie należy sądzić, że tęcz można zaobserwować tylko w ciągu dnia. Zdarza
się ona i w nocy, co prawda bardzo słaba. Taką tęczę można ujrzeć po
nocnym deszczu, kiedy zza chmur wyjrzy Księżyc.
Jeżeli tęcza pojawia się wieczorem przed zachodem Słońca, ma ona kolor
czerwony. Na pięć lub dziesięć minut przed zachodem Słońca wszystkie
barwy tęczy oprócz czerwonej znikają, tęcza staje się bardzo czerwona i
widoczna nawet po upływie 10 min. od zachodu Słońca.
Piękny widok przedstawia tęcza na rosie. Można ją zaobserwować przy
wschodzie Słońca na trawie pokrytej rosą. Tęcza taka ma kształt
hiperboli.
|






|