Tęcza

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.