أرسل روبرت غرينلر من قسم الفيزياء بجامعة ويسكونسن ميلووكي هذا الشرح كإجابة على سؤال: لماذا قوس قزح منحني دائماً ولا يمكن ان يكون مستقيماً.
للإجابة على هذا السؤال، من المفيد أن نبدأ بوصف المسار الذي تتبعه الأشعة التي تشكل قوس قزح. يدخل شعاع ضوئي من الشمس جانبًا واحدًا من قطرة ماء، ينكسر أثناء دخوله، ينعكس داخليًا على الجانب الآخر من المدخل، ويظهر مرة أخرى من الجانب الآخر مع انكسار آخر.
سبب انحناء قوس قزح
يمكننا اعتبار الأشعة الضوئية من الشمس البعيدة متوازية.
إذا قمت بتتبع عدد كبير من الأشعة المتوازية التي تسقط على قطرة ماء في نقاط مختلفة من القطرة، فسوف تكتشف أن تركيز الأشعة يكون عند زاوية محددة هي 42 درجة من الزاوية التي دخل فيها الضوء. لدينا صورة لأشعة متوازية قادمة من الشمس تضرب الكثير من قطرات المطر، ثم تنكسر وتنعكس مرة أخرى عائدة من القطرات ولكن ليس بخط مستقيم بل بزاوية 42 درجة.
يأتي الآن السؤال الحاسم: أين يجب أن ننظر في السماء لنرى الضوء العائد من قطرات المطر؟ لنبدأ بتحديد اتجاه في الفضاء: اتجاه بعكس الشمس بالضبط يسمى النقطة المعاكسة للشمس. إذا كنت واقفًا في الخارج خلال النهار، يتم تحديد النقطة المضادة للانعكاس بواسطة ظل رأسك.
لرؤية الضوء المنعكس من قطرات المطر، انظر بزاوية 42 درجة من تلك النقطة المعاكسة للشمس، وبالطبع فإن منطقة السماء التي تميل بزاوية 42 درجة عن تلك النقطة ليست فقط اتجاهًا واحدًا ولكن مجموعة كاملة من الاتجاهات، والتي تشكل دائرة حول النقطة المعاكسة للشمس.
فلذلك وببساطة، انظر إلى النقطة المعاكسة للشمس، ثم انقل نظرك بزاوية 42 درجة، أنت تنظر الآن إلى قوس قزح. ستظهر أقواس قزح دائمًا في نفس الزاوية من النقطة المعاكسة للشمس. ارتفاع قوس قزح يعتمد على مدى ارتفاع الشمس فوق الأفق.
ولكن ماذا عن ألوان قوس قزح؟ ينكسر كل لون من ألوان الطيف بنسبة مختلفة عندما ينتقل من الهواء إلى الماء أو من الماء إلى الهواء، وهو نفس ما يحدث عندما يمر الضوء عبر موشور. وبالتالي فإن دائرة قوس قزح ليست 42 درجة لكل الألوان، الدائرة أصغر للأشعة الزرقاء مقارنة بالأشعة الحمراء، لذا فإن قوس قزح الأساسي أزرق في الداخل وأحمر من الخارج، مع ألوان الطيف التي تنتشر بينهما.
ومن الممكن أيضًا لبعض أشعة الضوء الداخلة في القطرة أن تمر ليس فقط بانعكاس داخلي واحد بل بانعكاسين قبل ظهورها. إذا نظرت إلى مجموعة كاملة من هذه الأشعة، فإنك ترى تركيزًا للضوء يعود بزاوية 51 درجة، تنتج هذه الأشعة قوس قزح ثانويًا، يتمركز أيضًا على النقطة المعاكسة للشمس، ويكون نصف قطرها الزاوي 51 درجة، وبالتالي يظهر قوس قزح الثانوي خارج القوس الأساسي، ويكون تسلسل الألوان معكوسًا في القوس الثانوي.
- ترجمة: حبيب بدران
- تدقيق: رزان حميدة
- تحرير: زيد أبو الرب
