Gökkuşakları, doğanın sunduğu en güzel manzaralardan biridir – o kadar güzel ki, sayısız masal, şarkı ve efsaneye ilham verdiler. Bu masalların arkasındaki sanatçıların çoğunun gökkuşağı fenomeni tarafından tamamen şaşırtılmış olması iyi bir bahis – tıpkı çoğu insanın bugün olduğu gibi.
Ancak gökkuşakları bilimi gerçekten çok basit. Bu sadece temel optik! Bu yazıda, gökyüzüne renk katmak için yağmur ve güneşin nasıl hizalandığını öğreneceğiz.
Bir gökkuşağında işleyen temel süreç kırılmadır – ışığın “bükülmesi”. Işık , bir ortamdan diğerine giderken bükülür – veya daha doğrusu, yön değiştirir. Bunun nedeni, ışığın farklı ortamlarda farklı hızlarda hareket etmesidir.
Işığın neden büküldüğünü anlamak için, bir park yerinde bir alışveriş arabasını ittiğinizi hayal edin. Otopark, alışveriş sepeti için bir “orta” dır. Sabit bir kuvvet uyguluyorsanız, arabanın hızı içinden geçtiği ortama bağlıdır – bu durumda, park yerinin asfalt yüzeyine. Alışveriş sepetini park yerinden çimenli bir alana ittiğinizde ne olur? Çim, alışveriş sepeti için farklı bir “aracı” dır. Arabayı doğrudan çimlerin üzerine iterseniz, araba basitçe yavaşlayacaktır. Çim ortamı daha fazla direnç sunar, bu nedenle alışveriş sepetini taşımak daha fazla enerji gerektirir.
Ancak arabayı bir açıyla çimin üzerine ittiğinizde başka bir şey olur. Önce sağ tekerlek çime çarparsa, sol tekerlek hala kaldırımdayken sağ tekerlek yavaşlayacaktır. Sol tekerlek sağ tekerleğe göre kısa bir süre daha hızlı hareket ettiğinden, alışveriş sepeti çimlerin üzerine çıktıkça sağa dönecektir. Çimenli bir alandan asfalt bir alana belirli bir açıyla hareket ederseniz, bir tekerlek diğerinden önce hızlanacak ve araba dönecektir.
Benzer şekilde, bir ışık demeti cam prizmaya girdiğinde döner. Bu bir basitleştirmedir, ancak şu şekilde düşünün: Işık dalgasının bir tarafı diğerinden önce yavaşlar, böylece ışın hava ile cam arasındaki sınırda döner (ışığın bir kısmı aslında prizma yüzeyinden yansır, ancak çoğu geçer). Işık prizmadan çıktığında tekrar yanar çünkü bir tarafı diğerinden önce hızlanır.
Bir prizma, ışığı bir bütün olarak bükmenin yanı sıra, beyaz ışığı bileşen renklerine ayırır. Farklı ışık renklerinin farklı frekansları vardır , bu da onların madde içinde hareket ettiklerinde farklı hızlarda hareket etmelerine neden olur.
Camda daha yavaş hareket eden bir renk, havadan cama geçerken daha keskin bükülür çünkü hız farkı daha şiddetli olur. Camda daha hızlı hareket eden bir renk o kadar yavaşlamayacağından daha az keskin bir şekilde bükülür. Bu sayede beyaz ışığı oluşturan renkler camdan geçerken frekansa göre ayrıştırılır. Cam, bir prizmada olduğu gibi ışığı iki kez bükerse, ayrılan renkleri daha kolay görebilirsiniz. Buna dağılım denir.
Yağmur suyu damlaları ışığı bir prizma gibi kırıp dağıtabilir. Doğru koşullarda, bu kırılma gökkuşakları oluşturur. Bir sonraki bölümde bunun nasıl olduğunu öğreneceğiz. Tek bir yağmur damlasının bir cam prizmadan farklı bir şekli ve tutarlılığı vardır, ancak ışığı benzer şekilde etkiler. Beyaz güneş ışığı oldukça düşük bir açıyla bir yağmur damlası koleksiyonuna çarptığında, bileşen renklerini kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve menekşe – bir gökkuşağı görebilirsiniz.
Beyaz ışık havadan su damlasına geçtiğinde, ışığın bileşen renkleri, frekanslarına bağlı olarak farklı hızlara yavaşlar. Mor ışık yağmur damlasına girdiğinde nispeten keskin bir açıyla bükülür. Damlanın sağ tarafında, ışığın bir kısmı tekrar havaya geçer ve geri kalanı geri yansıtılır. Yansıyan ışığın bir kısmı damlanın sol tarafından geçer ve havaya tekrar girerken bükülür.
Bu şekilde, her bir yağmur damlası beyaz güneş ışığını bileşen renklerine dağıtır. Öyleyse neden farklı yağmurlu alanlar farklı tek bir renk yayıyormuş gibi geniş renk bantları görüyoruz? Çünkü her yağmur damlasından sadece bir renk görüyoruz . Bunun nasıl çalıştığını aşağıdaki şemada görebilirsiniz. Yağmur damlası A ışığı dağıttığında, yalnızca kırmızı ışık gözlemcinin gözlerine gitmek için doğru açıda çıkar. Diğer renkli ışınlar daha düşük bir açıyla çıkar, böylece gözlemci onları görmez. Güneş ışığı çevredeki tüm yağmur damlalarına aynı şekilde çarpacak, böylece hepsi kırmızı ışığı gözlemciye yansıtacak.
Bazen çift gökkuşağı görürsünüz üstünde daha sönük bir gökkuşağı olan keskin bir gökkuşağı. Daha sönük gökkuşağı, keskin gökkuşağı ile aynı şekilde üretilir, ancak yağmur damlasının içinde bir kez yansıyan ışık yerine, iki kez yansıtılır. Bu ikili yansımanın bir sonucu olarak, ışık yağmur damlasından farklı bir açıyla çıkar, dolayısıyla onu daha yukarıda görüyoruz.