Радуга как оптическое явление¶

Радуга — атмосферное оптическое явление, возникающее при преломлении, отражении и дисперсии солнечного света в каплях воды, взвешенных в воздухе. Наблюдается в виде разноцветной дуги (или нескольких дуг) на фоне облаков или дождя, обычно в стороне, противоположной Солнцу. Радуга относится к числу наиболее известных и узнаваемых природных явлений и с древности служила объектом наблюдения, мифологических толкований и научного изучения.

¶Физическая природа

Радуга образуется, когда луч света попадает в сферическую каплю воды. Процесс включает несколько этапов:

Преломление света на границе «воздух — вода» при входе в каплю.
Частичное внутреннее отражение от внутренней поверхности капли.
Повторное преломление и выход луча наружу.

Поскольку показатель преломления воды зависит от длины волны (дисперсия), разные цвета отклоняются на разные углы. Красный свет преломляется слабее, фиолетовый — сильнее, поэтому свет разлагается в спектр. Угол, под которым наблюдается главная радуга, составляет около 42° от направления на Солнце; для вторичной радуги — примерно 51°.

Существенное условие — Солнце должно находиться за спиной наблюдателя, а капли воды — перед ним. Поэтому радугу обычно видно утром или вечером, когда светило стоит низко над горизонтом. Чем выше Солнце, тем ниже и меньше видимая дуга.

¶Виды и разновидности

Первичная радуга — наиболее яркая, с красным цветом по внешнему краю и фиолетовым по внутреннему.
Вторичная радуга — более слабая, возникает при двух внутренних отражениях; порядок цветов в ней обратный, между дугами расположена тёмная полоса (полоса Александра).
Лунная радуга — редкое явление, наблюдаемое при свете полной Луны; воспринимается как белесая из-за слабости освещения.
Туманная радуга — возникает на мельчайших каплях тумана, имеет широкие размытые полосы.
Огненная радуга (паргелический круг) — оптический эффект в перистых облаках, не связанный с каплями воды напрямую.

¶Цвета спектра

Традиционно выделяют семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Такое деление условно и восходит к работам Исаака Ньютона, который соотнёс цвета с музыкальной октавой. В действительности спектр непрерывен, и границы между цветами размыты. Насыщенность и ширина полос зависят от размера капель: крупные капли дают яркую радугу с чёткими цветами, мелкие — бледную и почти белую.

¶Наблюдение

Для наблюдения радуги необходимо, чтобы источник света был за спиной наблюдателя, а капли воды — впереди. Наилучшие условия — дождь при низком Солнце. С земли видна лишь часть дуги; с самолёта или высокой горы радуга может выглядеть как полное кольцо. Одновременно можно увидеть несколько радуг, а также дополнительные цветные полосы внутри главной дуги.

¶В культуре и истории

Радуга занимала заметное место в мифологии разных народов. В древнегреческой традиции её связывали с богиней Иридой, вестницей богов; в скандинавской — с мостом Биврёст, соединяющим мир людей и мир богов. В Библии радуга выступает знаком завета между Богом и Ноем после потопа. В русском фольклоре радугу называли «дугой», «весёлкой», «радуницей», связывая её с дождём и хорошей погодой.

Научное объяснение радуги впервые дал в XVII веке Рене Декарт, описавший геометрию хода лучей, а полную теорию дисперсии разработал Исаак Ньютон. Позднее теория была уточнена с учётом волновой природы света и дифракционных эффектов.

¶Значение и использование

Помимо научного интереса, радуга широко используется как символ: в геральдике, искусстве, дизайне, а также в качестве метафоры разнообразия и надежды. Изображение радуги встречается на флагах, эмблемах, в детской литературе. В физике радуга служит наглядным примером дисперсии и преломления света, применяется в учебных демонстрациях.

¶Интересные факты

Радугу невозможно увидеть, стоя точно между Солнцем и её центром: наблюдатель всегда находится в вершине конуса, а центр дуги лежит на линии, проходящей через глаз и Солнце.
Две радуги видны одновременно довольно часто, три — крайне редко.
С земли радуга обычно выглядит как полукруг, но фактически это окружность, нижняя часть которой скрыта горизонтом.
Порядок цветов во вторичной радуге зеркально противоположен первичной.

Источники: Ньютон И. «Оптика»; Декарт Р. «Метеоры»; Борн М., Вольф Э. «Основы оптики»; Минарт М. «Свет и цвет в природе»; энциклопедические словари по физике и естествознанию.