Почему радуга всегда имеет форму дуги?

Когда мы думаем о радуге, мы представляем себе ослепительные цвета, выходящее из-за туч солнце после дождя и зарытые горшочки с золотом. Дугообразная форма радуги привела к тому, что в преданиях многих древних культур, от Африки до Европы, ее сравнивали, как это ни удивительно, со змеей, которая также может сгибаться дугообразно. В одной африканской сказке радуга — это гигантская змея, которая после дождя выходит на поверхность полакомиться, а неудачника, оказавшегося на пути падающей радуги, она просто проглатывает, как удав мышь.

На самом деле радуга — это игра света, а не материальный объект. Она появляется только тогда, когда для этого создаются подходящие условия. Солнечный свет должен светить вам в спину, а капли дождя падать где-то впереди. (Поскольку для образования радуги нужен яркий солнечный свет, это означает, что ливень уже ушел дальше или вообще прошел стороной, а вы стоите к нему лицом.)

Проходя сквозь капли дождя, свет преломляется (отклоняется в сторону), поскольку вода имеет более высокую плотность, чем воздух. Известно, что белый цвет состоит из семи основных цветов — красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Эти цвета имеют разную длину волны, и капля преломляет каждую волну в разной степени, когда солнечный луч проходит через нее. Таким образом, волны различной длины и, значит, цвета выходят из капли уже в слегка отличающихся направлениях. То, что вначале было единым пучком лучей, теперь рассыпалось на свои естественные цвета, каждый из которых путешествует своим путем.

Цветные лучи, ударившись о внутреннюю стенку капли и еще больше изогнувшись, даже могут выйти наружу через ту же сторону, что и вошли. И в результате вы видите, как радуга рассыпала по небу свои цвета дугой.

Каждая капля отражает все цвета. Но с вашего фиксированного положения на земле вы воспринимаете только определенные цвета от определенных капель. Наиболее четко капли отражают красный и оранжевый цвета, поэтому они доходят до ваших глаз от самых верхних капель. Голубой и фиолетовый отражаются хуже, поэтому их вы видите от капель, расположенных чуть ниже. Желтый и зеленый отражают капли, которые находятся посередине. Сложите все цвета вместе — и вы получите радугу.

Почему радуга изогнута? Потому что капли, образующие ее, также изогнуты. Каждая капля — это маленький круглый шарик с резко закругленной поверхностью, поэтому свет, выходящий из капли, просто отражает ее изогнутую поверхность. Дуга радуги — это всего лишь отрезок световой окружности, в центре сектора обзора которого находится наблюдатель, то есть вы. И чем выше вы стоите, тем более полной будет радуга.