Hvernig myndast regnboginn?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvernig myndast regnboginn?
Hér er einnig svarað eftirfarandi spurningum:

Regnbogar eru af ýmsum stærðum og gerðum. Hvers vegna spanna þeir mismargar gráður? (Sveinn Guðmarsson)

Af hverju er regnbogi bogalaga? (Sveinn Birkir Björnsson)

Af hverju er regnboginn "bogi"? Af hverju er hann til dæmis ekki kassalaga eða spírall? (Kjartan Gunnþórsson)

Er algengt að regnbogi myndi hring í kringum sólina? Ég sá það 10. ágúst síðastliðinn á Þingvöllum. (Gróa Pétursdóttir)

Regnboga sjáum við þegar staðbundið skúraveður og sólskin fara saman og þá oftast þegar við erum sjálf á uppstyttusvæði. Ef skúraveðrið skilar sér ekki getum við gengið að regnboganum vísum í fossúða í sólskini. Þegar við horfum á regnbogann höfum við sólina í bakið.

Ljósgeisli sem fer úr einu efni í annað breytir almennt um stefnu, brotnar. Stefnubreytingin stjórnast af efniseiginleika sem er kallaður ljósbrotsstuðull. Hann er breytilegur með öldulengd ljóssins, það er að segja lit. Þetta gefur regnboganum litaskiptinguna.

Sólargeislar sem mynda regnbogann hafa brotnað við að fara inn í regndropa, síðan speglast einu sinni á bakhliðinni og brotnað svo aftur við að fara út úr dropanum; samanber myndir 1 og 2. Stefnubreyting ljósgeisla vegna áreksturs við vatnsdropa er reyndar háð því hvar geislinn lendir á dropanum, en styrkurinn er áberandi mestur þar sem nýi geislinn myndar tiltekið horn miðað við stefnuna sem upphaflegi geislinn kom úr. Þetta horn er 42 gráður fyrir rautt ljós og 40 gráður fyrir fjólublátt.

Upphaflegu geislarnir koma allir frá sól og stefna á þann punkt sem er andstæður sólinni á himinkúlunni, séð frá okkur (raunar yfirleitt í stefnu niður í jörðina). Geislarnir frá regnboganum koma hins vegar allir til okkar undir fyrrnefndu horni miðað við þessa stefnu, en þeir punktar sem hafa slíka stefnu mynda einmitt boga. Þetta sést vel á myndum á vefsetrinu Patterns in Nature.

Til að skilja enn betur hvað liggur til grundvallar lögun regnbogans, sem hringboga af tiltekinni stærð, er auðveldast að útbúa einfalt hjálparverkfæri. Klipptu út A4 pappaörk líkt og sýnt er á mynd 3. Hornið 42 gráður milli hliðanna AC og CD samsvarar stefnubreytingu rauða ljóssins við vatndropa-árekstur. Festu prjón eða mjóan pinna á kantinn BA svo oddhvassi endinn sé í A. Verkfærinu er komið þannig fyrir að pinnaendinn í A er lagður á borðplötu og pinnanum beint þannig að hann stefni til sólar. Þá stefnir kanturinn CD líka til sólar. Hugsum okkur nú sólgeisla sem kemur inn eftir stefnu DC og lendir á vatnsdropa í C, breytir um stefnu og fer til A. Athugandi í A sér rauðan blett á himninum í stefnu AC. Nú getum við snúið pinnanum um eigin ás þannig að hann stefni alltaf á sólu. Punkturinn C færist þá eftir hringferli og markar rauða hluta regnbogans. Samskonar tól með 40 gráðum milli hliðanna DC og CA markar bláa hlutann.

Verkfærið getum við líka notað til að skilja breytingar á regnboganum með sólarhæð. Þegar sólin er hátt á lofti þurfum við að reisa pinnann meira, svo punkturinn C færist nær borðplötunni. Þetta samsvarar því að regnboginn færist neðar og við sjáum minni hluta hringbogans. Á jafnsléttu sjáum við engan regnboga ef sólarhæðin er meiri en 42 gráður, sem samsvarar því að punkturinn C, staðsetning regndropa, sé neðanjarðar. Á sama hátt getum við sagt að regnboginn rís ekki hærra en 42 gráður yfir jafnsléttu. Til þess að sjá regnbogann sem heilan hringferil þurfum við að standa á hárri klettasnös, mjóum fjallstindi eða vera í flugvél.

Í venjulegum regnboga er litaröðin talin ofan frá; rauður, gulur, grænn og blár. Stundum má sjá tvöfaldan regnboga þar sem litaröðin í efri boganum er öfug. Efri boginn myndast við tvöfalda speglun á bakhlið vatnsdropanna, eins og sýnt er á mynd 4. Regnbogar með þremur og fjórum speglunum eru til og mynda stóra hringboga um sólina. Þvermál þeirra spannar nærri 90 gráður. Óvíst þykir að þeir hafi sést í náttúrunni þar sem þeir eru daufari en venjulegir regnbogar og ógreinilegri vegna sólarbirtunnar. Í rannsóknarstofu hafa regnbogar með allt að 13 speglunum verið framkallaðir. Minni litahringir (enska halo) sem stundum sjást í kringum sólina eru myndaðir af ískristöllum í háloftunum.

Ljós regnbogans er skautað svo það getur verið forvitnilegt að horfa á bogann í gegnum skautunarsíu og snúa henni um geislastefnuna. Polaroid-sólgleraugu eru skautunarsíur.

Frekara lesefni af Vísindavefnum:

• Er regnbogi alltaf í sömu fjarlægð frá manni? eftir Ara Ólafsson
• Sjáum við litina eins? Sé ég rauðan eins og þú sérð rauðan? Sérð þú kannski rauðan eins og ég sé grænan? eftir Eyju Margréti Brynjarsdóttur
• Hvað eru litir? eftir Þorstein Vilhjálmsson

Tenglar um regnboga fyrir lesendur sem lesa ensku:

• Scientific American
• The Mathematics and Physics of Rainbows
• Patterns in Nature

...