Zjawisko tęczy

Tęcza - jedno z najpiękniejszych zjawisk optycznych w przyrodzie.
Od dawnych czasów przyciągało uwagę człowieka, urzekało poetów, myślicieli, uczonych. W czasach, gdy mało wiedziano o otaczającym świecie, traktowano tęczę jako znak niebios. Starożytni Grecy przyjmowali, że tęcza to uśmiech bogini Iris.

Tęcza powstaje wskutek załamania, rozszczepienia oraz całkowitego odbicia światła słonecznego w kroplach wody. Widzimy ją w postaci barwnego łuku na tle chmur deszczowych lub po deszczu w przeciwnym kierunku do położenia Słońca.
Ważną cechą tęczy głównej - obok układu barw - jest to, że obszar nieba na zewnątrz łuków jest ciemniejszy od obszaru po stronie wewnętrznej. Obszar ten na cześć filozofa Aleksandra z Afodisies, który pierwszy opisał to zjawisko jest nazywany ciemnią Aleksandra.
Łuk główny ma barwy niebiesko-fioletowe wewnątrz, czerwoną - na zewnątrz. Jest efektem 2 załamań oraz pojedynczego odbicia światła w kroplach wody Rys. 1. Znajduje się zazwyczaj ok. 1-2 km od obserwatora. Moze być widoczny na tle kropelek rozpylonych przez fontanny.
Środek tęczy znajduje się na przedłużeniu linii prostej - dosłonecznej, łączącej Słońce z okiem obserwatora Rys. 2. Kąt między dosłoneczną a linią poprowadzoną od oka obserwatora do zewnętrznego punktu podstawy tęczy głównej 41-42,5° Rys. 3.

W momencie wschodu Słońca punkt przeciwsłoneczny znajduje się na linii horyzontu i tęcza jest półokręgiem. W miarę wznoszenia się Słońca punkt ten przesuwa się za linię horyzontu i rozmiary tęczy zmniejszają się. Staje się ona tylko częścią półokręgu. Znajdując się wysoko, np. w samolocie, widzimy tęczę jako pełny okrąg z własnym cieniem pośrodku.

Czasami uda się zaobserwować drugi łuk o odwrotnym rozkładzie barw.To tzw. tęcza wtórna, współśrodkowa względem tęczy pierwotnej, o promieniu kątowym około 52°. Powstaje ona, gdy promienie ulegną dwukrotnemu odbiciu wewnatrz kropli. Przy wysokości Słońca 41° tęcza główna przestaje być widzialna, a nad horyzontem widać tylko część tęczy wtórnej. Gdy wysokość Słońca przekracza 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 7 barw podstawowych przechodzących jedną w drugą.
Kształt łuku, jaskrawość 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 duże krople deszczu.
Teorię, która miała wyjaśniać powstawanie tęczy, jako pierwszy, opracował Kartezjusz - już w 1637 roku. Objaśniał on tęczę jako zjawisko związane z odbiciem i załamaniem światła w kroplach deszczu. Powstawanie barw oraz ich kolejność zostały wyjaśnione później, po odkryciu złożonej natury światła białego
i jego rozpraszania w różnych ośrodkach. Teoria dyfrakcyjna tęczy została opracowana przez Airy'ego.