Коли дотримано всіх вищеперерахованих умов, можна помітити веселку. Як видно з малюнка нижче, якщо провести уявну лінію від сонця через свою голову до кінця своєї тіні на землі, вона буде точно паралельна напрямку від сонця до крапель. Якщо сонце стоятиме вище, ця лінія буде крутішою, а тінь — коротшою. Тобто це обернена залежність. Назвімо цю лінію, що йде від сонця через голову до тіні її на землі, уявною лінією. Вона дуже важлива, тому що підкаже, де в небі шукати веселку.
Якщо ви подивитеся під кутом приблизно 42 градуси від цієї уявної лінії (не має значення — вгору, правіше чи лівіше), ви побачите там червону смугу веселки. На відстані приблизно 40 градусів від уявної лінії — угорі, справа чи зліва — ви побачите фіолетову смугу веселки. Але річ у тім, що її не дуже добре видно, тому ви, найімовірніше, помітите синю смугу. З огляду на це далі ми називатимемо її синьою. Хіба це не ті самі кути, на які максимально може відхилятися світло, потрапляючи в дощові краплі? Так, і це не випадково. Ще раз подивіться на малюнок.
Як щодо синьої смуги веселки? Пригадайте: її магічне число — приблизно 40 градусів, на 2 градуси менше, ніж у червоної смуги. Тому максимальний кут, у межах якого синє світло буде заломлюватися, відбиватися і знову заломлюватися в різних дощових краплях, становить 40 градусів. Таким чином, ми побачимо синє світло під кутом 40 градусів до уявної лінії. Це ближче до уявної лінії, ніж 42 градуси, тому синя смуга завжди буде із внутрішнього краю червоної смуги веселки. Решта кольорів веселки — оранжевий, жовтий, зелений — розташовані між червоною і синьою смугами. Щоб дізнатися більше, ви можете переглянути мою лекцію про веселки онлайн: cutt.ly/awrxgJt.
Можливо, вам цікаво, чи бачимо ми на синій смузі ще якісь інші кольори. Червоне світло може з’являтися і під кутом 40 градусів, бо це менше 42 градусів. Якщо ви поставили це запитання, ви розумники — воно дуже слушне. Відповідь полягає в тому, що за максимального кута для певного кольору цей колір переважатиме над рештою. Утім у випадку із червоним інших кольорів таки не буде, бо його кут найбільший.
Чому веселка має форму дуги, а не прямої лінії? Повернімося до уявної лінії від ваших очей до тіні вашої голови на землі та до магічного числа 42. Якщо відкласти 42 градуси в усіх напрямках від уявної лінії, утвориться кольорова дуга. Але, як вам відомо, не всі веселки мають вигляд повної дуги — часом ми бачимо лише маленькі фрагменти. Це стається, коли в небі не достатньо дощових крапель в усіх напрямках або якісь частини веселки опиняються в тіні від хмар.
У цієї взаємодії між сонцем, дощовими краплями і вашими очима є ще один важливий аспект, і він допоможе значно краще зрозуміти, чому веселки — як природні, так і штучні — саме такі. Наприклад, чому одні веселки гігантські, а інші ледь піднімаються над горизонтом? І як пояснити веселки, які часом можна побачити серед прибійних хвиль, у фонтанах, на водоспадах чи в бризках із садового шланга?
Повернімося до уявної лінії, що проходить від ваших очей до тіні від вашої голови. Вона починається від сонця й доходить до землі. Утім цю лінію можна подумки продовжити як завгодно далеко, навіть набагато далі за кінець вашої тіні. Ця уявна лінія дуже корисна, бо можна уявити, що вона проходить через центр кола (його називають антисонячною точкою), на довжині якого розташована веселка. Це коло показує, де б утворилася веселка, якби їй не перешкоджала поверхня Землі. Залежно від висоти сонця, веселка також буде нижча або вища. Коли сонце дуже високо, веселка лише трохи визирає над горизонтом, тоді як увечері перед заходом або рано-вранці одразу після світанку, коли сонце низько й ваша тінь довга, веселка може сягати гігантських розмірів, здіймаючись до середини неба. Чому до середини? Бо максимальний кут, під яким веселка може з’явитися над горизонтом, 42 градуси, що близько до 45 градусів, а це половина прямого кута, тобто прямо над головою.
То як уполювати веселку? По-перше, довіртеся інтуїції, яка підкаже, коли можна побачити веселку. Більшість із нас зазвичай добре відчуває це: коли сонце світить перед зливою або виходить одразу після неї. Або коли під час невеличкого дощу сонячне світло все-таки потрапляє на дощові краплі.
Відчувши, що ось-ось з’явиться веселка, зробіть таке. По-перше, поверніться спиною до сонця. Потім знайдіть тінь своєї голови й подивіться під кутом приблизно 42 градуси до уявної лінії в будь-який бік. Якщо сонячного світла достатньо, так само як і кількості дощових крапель, вони почнуть взаємодію, і ви побачите барвисту дугу.
Припустімо, сонця не видно — воно ховається за хмарами чи будинками, але світить. Це не повинно завадити вам побачити веселку, за умови, що між сонячним світлом і краплями відсутні хмари. Під вечір я, наприклад, бачу веселку з вітальні, вікна якої виходять на схід, хоч мені й не видно сонця, яке в цей час пішло на захід. Крім того, зазвичай веселку легко помітити й без уявної лінії та не знаючи про 42 градуси, але в одному випадку ці дві обставини можуть мати вирішальне значення. Я люблю гуляти пляжами Плам-Айленду, що неподалік від узбережжя штату Массачусетс. Під вечір сонце на заході, а океан — зі східного боку. Якщо хвилі досить високі й від них здіймаються хмари дрібних бризок, у яких відбувається те саме, що в дощових краплях, то можна побачити два невеличкі фрагменти веселки: один під кутом приблизно 42 градуси лівіше від уявної лінії, а другий — правіше. Ці веселки «живуть» лише якусь мить, тому помітити їх значно простіше, якщо наперед знаєш, куди дивитися. Хвилі находять одна за одною, тому якщо наберетеся терпіння, ви обов’язково їх дочекаєтеся. Далі я розповім про це більше.
Наступного разу, коли ви побачите веселку, можете звернути увагу на ось що. Пам’ятаєте нашу розмову про максимальний кут, під яким світло певного кольору виходить із краплі? Хоч ви й бачите на виході з крапель синє, червоне або зелене світло, самі краплі не такі перебірливі: вони заломлюють, відбивають і знову заломлюють безліч світла, що виходить і під меншими за 40 градусів кутами. Це світло — суміш усіх кольорів приблизно однакової інтенсивності, яку ми сприймаємо як біле світло. Саме тому небо всередині веселки дуже світле і ясне. Водночас світло, що заломлюється, відбивається і знову заломлюється в краплі, не може вийти з неї під кутом, більшим за 42 градуси, тому небо біля зовнішнього краю веселки темніше, ніж усередині неї. Це особливо впадає у вічі, якщо порівняти колір неба під і над дугою. Можливо, ви ніколи цього й не помітили б, якби спеціально не звернули уваги. На сайті Atmospheric Optics (atoptics.co.uk) є чудові фотографії веселок, на яких можна побачити цей ефект.
Щойно я почав пояснювати студентам веселки, я зрозумів, яка це глибока тема — і скільки мені ще треба дізнатися. Візьмімо подвійну веселку, яку ви, мабуть, спостерігаєте час від часу. Насправді в небі майже завжди з’являються дві веселки: так звана первинна веселка, про яку ми досі говорили, і та, що зветься вторинною веселкою.
Якщо ви бачили подвійну веселку, то, очевидно, помітили, що вторинна веселка значно тьмяніша за первинну. Проте, мабуть, не завважили, що кольори вторинної веселки розташовані у зворотному порядку: синій — зовні, а червоний — усередині. У вклейці із фотографіями ви можете побачити чудовий знімок подвійної веселки.
Щоб зрозуміти, як виникає вторинна веселка, повернімося до нашої ідеальної краплі — звісно, не забувайте, що для вторинної веселки їх так само потрібна незліченна кількість. Деякі промені, потрапляючи в краплі, відбиваються всередині тільки раз. Деякі відбиваються двічі. Хоча світло може відбиватися всередині краплі багато разів, первинну веселку створюють лише ті, в яких це стається один раз. Тоді як вторинну веселку — тільки ті, в яких світло відбивається двічі. Через те що промінь зайвий раз відскакує всередині краплі, кольори на вторинній веселці розташовані у зворотному порядку.
