دیدن رنگین‌کمان می‌تواند مانند یک پاداش باشد. پس از یک رعد و برق شدید، دیدن یک طاق یا کمان رنگارنگ که از میان آسمان آرام عبور می‌کند، زیبا است. اما ممکن است از دانستن این موضوع متعجب شوید که رنگین‌کمان‌ها در واقع نه کمان و نه “قوس (Bows)” هستند. آن‌ها در واقع دایرههای کامل هستند.
پس چرا ما فقط یک کمان می‌بینیم؟ اغلب اوقات، رنگین‌کمان‌هایی که می‌بینیم تا حدی توسط زمین و افق مسدود می‌شوند (و با برخورد به زمین یا افق، دیگر دایره کامل تشکیل نمی‌دهند). برای مشاهده یک رنگین‌کمان در تمام شکوه دایره‌ای آن، باید یک نقطه دید عالی پیدا کنیم. توضیح خواهیم داد که این پدیده چگونه اتفاق می‌افتد.
درجات جدایی
محیط‌ها اهمیت دارند: در هوا، کروزهای سبک با سرعت ۱۸۶۰۰۰ مایل در ثانیه (۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه) حرکت می‌کنند. اما از آنجایی که آب مایع، چگال‌تر است، نور نمی‌تواند به سرعت از آن عبور کند. بنابراین هنگامی که یک پرتو نوری که در هوا با سرعت و انرژی در حال حرکت است به بدنه آب برخورد می‌کند، سرعت آن کمی کاهش می‌یابد.
در بحث رنگین‌کمان، نور خورشیدی که وارد قطرات آب می‌شود چندین بار خم – یا شکسته – می‌شود. ابتدا، نور به محض عبور از یک قطره ، خم می‌شود (شکسته می‌شود). سپس، همان نور با عبور از داخل قطره و در سمت دیگر قطره به دیواره داخلی آنطرفی برخورد کرده و مسیرش برعکس می‌شود (منعکس می‌شود) و با بازگشت از درون قطره، دوباره وارد هوا می‌شود. نور، هنگام خروج از قطره دوباره شکسته می‌شود.
از طریق پدیده شکست نور، قطرات آب، نور خورشید را به رنگ‌های سازنده آن تقسیم می‌کنند. اگرچه پرتوهای نور خورشید، سفید به نظر می‌رسد، آن‌ها در واقع ترکیبی از تمام رنگ‌های طیف نور مرئی هستند.
هر کدام از آن‌ها طول موج متفاوتی دارند. طولانی‌ترین طول موج مربوط به نور قرمز و کوتاه‌ترین آن مربوط به نور بنفش است. به دلیل ویژگی‌های خاص آن، وقتی پرتوی از آفتاب سفید وارد یک قطره آب می‌شود، رنگ‌های سازنده آن در زوایای مختلف شکسته می‌شوند – و در نهایت از آن خارج می‌شوند. به همین دلیل است که تمام رنگ‌های یک رنگین‌کمان به لایه‌های جداگانه تقسیم می‌شوند.
اگر امیدوارید شاهد یک رنگین‌کمان باشید، چشمان شما باید به سمت دور از خورشید بنگرد – و باید غلظت زیادی از قطرات آب موجود در هوا در پیش روی شما باشد. هنگامی که پرتوی از نور سفید به این قطرات برخورد می‌کند، رنگ‌های سازنده آن پراکنده می‌شوند.
اهمیت مکان
توانایی شما برای درک برخی از آن رنگ‌ها به مکان فیزیکی شما بستگی دارد. هر قطره در آن پرده آب مایع (رنگین‌کمان)، یک منشور کوچک است. همه آن‌ها نور سفید را به پرتوهای متمایز قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش می‌شکنند. اما کره چشم شما هرگز در ازای هر یک قطره، بیش از یک رنگ را نخواهد دید. بقیه با زاویه‌ای از قطره خارج می‌شوند که مردمک چشم شما را ملاقات نمی‌کنند.
بنفش پایین‌ترین رنگ در رنگین کمان است زیرا نور بنفش از قطره‌های آب با حاده‌ترین زاویه خارج می‌شود: ۴۰ درجه نسبت به نقطه ورودی آن. در همین حال، در موقعیت شما، نور قرمز – که در بالای یک رنگین‌کمان قرار دارد – با زاویه ۴۲ درجه از قطرات خارج می‌شود.
یک عامل کلیدی در اینجا محل نقطه مقابل خورشید (antisolar point) است. این نقطه‌ای در آسمان – یا روی زمین – است که نسبت به دیدگاه شما دقیقاً ۱۸۰ درجه از خورشید فاصله دارد. در یک روز روشن و آفتابی، سر سایه شما نقطه مقابل خورشید را مشخص می‌کند. هر رنگین‌کمان، حلقه‌ای کاملاً دایره‌ای است که مرکز آن همین نقطه است.
با این حال، اگر در سطح زمین بایستید، نمی‌توانید نیمه پایینی دایره را ببینید. در واقع، از این نقطه مشاهده، اساساً هر بخشی از رنگین‌کمان که به زیر افق فرو می‌رود، نامرئی می‌شود. یکی از دلایل این امر این است که نزدیکی به سطح زمین، میزان و غلظت قطرات باران را در میدان دید شما محدود می‌کند.
به این ترتیب، درصد رنگین‌کمانی که برای اکثر مردم قابل مشاهده است، به طور مستقیم با موقعیت خورشید در ارتباط است. زمانی که همسایه خورشیدی ما به سختی در افق دیده می‌شود (هنگام طلوع و غروب خورشید– مترجم)، نقطه مقابل خورشید نسبتاً بالا خواهد بود و به شما این شانس را می‌دهد که رنگین‌کمانی بسیار بزرگتر از زمانی که خورشید بالاتر می‌رود ببینید.
برعکس، اگر خورشید بیش از ۴۲ درجه بالاتر از افق باشد، مشاهده هر بخشی از رنگین‌کمان برای ناظران زمینی غیرممکن می‌شود. اما وقتی در هواپیما پرواز می‌کنید، همه چیز جالب‌تر می‌شود. در روز‌های بارانی یا مه‌آلود، مسافران و خلبانان هواپیما گاهی رنگین‌کمان‌های دایره‌ای کاملی را می‌بینند. بهتر از آن، در سال ۲۰۱۳، عکاس کالین لئونهارت (Colin Leonhardt) این تصویر (برای دیدن تصویر اینجا کلیک کنید) را از یک رنگین‌کمان دوتایی دایره‌ای در حین پرواز در اطراف ساحل کوتسلو استرالیا (Australia’s Cottesloe) ثبت کرد.
گلوری (Glory) و دیگر پدیده‌های مشابه رنگین‌کمان
بد نیست در مورد برخی توهمات نوری گرد و رنگارنگ که شبیه رنگین‌کمان ولی رنگین‌کمان نیستند، نیز صحبت کنیم. در پرواز بعدی خود یک صندلی در پنجره رزرو کنید تا بتوانید شاهد گلوری (Glory) باشید. این‌ها حلقه‌های تنگی هستند که می‌توانند در اطراف نقطه متقابل خورشیدی ظاهر شوند، زمانی که به سمت پایین به ابر یا پوششی از مه خیره می‌شوید. برخلاف رنگین‌کمان، آن‌ها محصول امواج الکترومغناطیسی هستند. از قله‌های بلند کوه می‌توان گلوری‌ها را دید.
همچنین می‌توان به هاله‌های رنگارنگی (halo) که گاهی خورشید یا ماه را احاطه می‌کنند اشاره نمود. این حلقه‌های وهم‌آور از تعامل نور و کریستال‌های یخ معلق ساخته می‌شوند.
سؤالات متداول
رنگین‌کمان دوتایی چقدر کمیاب است؟
اگرچه به اندازه رنگین‌کمان‌های تکی رایج نیست، رنگین‌کمان‌های دوتایی بسیار نادر نیستند. آن‌ها زمانی اتفاق می‌افتند که نور خورشید دو بار در قطرات باران شکسته می‌شود و یک قوس کم‌نورتر در خارج از رنگین‌کمان اولیه ایجاد می‌کند که رنگ‌های آن برعکس رنگین‌کمان اولی هستند.
آیا رنگین‌کمان می‌تواند در شب ظاهر شود؟
بله، رنگین‌کمان‌ها می‌توانند در شب نیز ظاهر شوند و به عنوان ماه‌کمان (Moonbows) یا رنگین‌کمان قمری (Lunar Rainbows) شناخته می‌شوند. آن‌ها به جای نور خورشید، توسط نور ماه تشکیل می‌شوند و به ماه روشن و رطوبت در هوای مقابل ماه نیاز دارند.
