Regnbåge

Regnbågen som fysikaliskt fenomen

[[Bild:Rainbow formation.png|thumb|300px|Hur en regnbåge uppstår
1. Vattendroppe
2. Intern reflexion
3. Primär regnbåge
4. Refraktion (återspegling)
5. Sekundär reflexion
6. Solstrålar
7. Ljusbana till den primära regnbågen
8. Ljusbana till den sekundära regnbågen
9. Observatör
10. Område med droppar ger upphov till den primära regnbågen
11. Område med droppar ger upphov till den sekundära regnbågen
12. Område med vattendroppar]]

Det som orsakar regnbågen är solljusets dispersion då det bryts i de nästintill sfäriska regndropparna i atmosfären. Då en ljusstråle träffar en regndroppe bryts den först av då den passerar regndroppens yta. Mot regndroppens bakre sida sker en reflektion vilket gör att ljusstrålen återspeglas. Till sist bryts ljusstrålen en andra gång då den passerar ut genom regndroppen. Sammantaget gör detta att ljuset återspeglas i 40° – 42° vinkel oberoende av regndroppens storlek. Dessa vinklar beror istället på vattnets olika brytningsindex för olika våglängder. Vitt ljus består av olika färger och blått ljus bryts kraftigare än rött ljus. P.g.a. speglingen inuti vattendroppen omvänds förhållandet och det röda ljuset framträder därför högre upp på himlen och bildar den yttersta ringen i regnbågen.

Regnbågen finns egentligen inte på någon särskild plats på himlen utan är en optisk synvilla vars skenbara position är beroende av var observatören står. Alla regndroppar bryter och återspeglar solljuset lika mycket. Regnbågen och solen återfinns alltid i motsatta riktningar från betraktaren sett. Regnbågens inre ring lyser något klarare än dess yttre och är inget mindre än en förstorad bild av solen. Bågens centrum ligger i den skugga som betraktarens huvud kastar på marken och denne uppfattar regnbågen som en ring 40° – 42° ut från den linje som går mellan huvudet och dess skugga. Det betyder att om solen befinner sig högre än 42° över horisonten hamnar regnbågen nedanför horisonten. Den kan då bara ses av betraktare som befinner sig på något berg eller i ett flygplan. Om man ser regnbågen från ett flygplan kan den uppträda som en sluten cirkel med flygplanets skugga som cirkelns centrum. Att fotografera en hel regnbåge kan vara svårt eftersom det krävs optik med en bildvidd på 84° vilket för en vanlig 35 mm-kamera skulle betyda en brännvidd på 19 mm (mot det vanliga 28 mm).

Ibland kan en ljussvagare sekundär regnbåge uppträda utanför den primära på ungefär 50° – 53° vinkel. Detta beror på att solljuset kan återspeglas en andra gång inuti regndropparna vilket också gör att den sekundära regnbågens färger blir inverterade jämfört med den primära. Ovanligare är de tre- och t o m fyrfaldigade regnbågar som ibland uppträder som pulserande och krusiga intill sina mer ljusstarka grannar.

Varje mot regndroppen infallande stråle som reflekteras i området mellan 0° och 42° ger en regnbåge, men de flesta mot ögat kommande strålar är så ljussvaga att de inte syns. Endast de strålar som reflekteras i området 40° – 42° ger ett synligt spektrum, beroende på att reflektionsvinkeln ändras väldigt lite med ändrad infallvinkel mot droppen just där. De nämnda svaga spektra blandar sig i området under bågen och ger där upphov till ett ljust band. I området mellan bågarna för enkel- och dubbelreflektion når inget reflekterat ljus från någon av bågarna fram till ögat, därför framträder området som ett mörkt band. Bägge fenomenen syns på en av bilderna på denna sida.

För att man ska se en jämnstark regnbåge fordras att regndropparna är exakta sfärer, vilket innebär att regndropparna inte får vara allför stora (r < 0,25 mm?) och inte röra sig alltför snabbt mot luften. Då blir de tillplattade: asfäriska (oblatformade, 'hamburgerlika') genom friktion mot luften. Om de är deformerade syns övre delen av bågen svagare än de närmare horisonten.

Den första korrekta, teorin som förklarade regnbågens uppkomst framställdes av Descartes 1637. Han hade observerat att regndropparnas storlek inte hade någon inverkan på regnbågens utseende. Han lät ljusstrålar passera genom en stor glassfär fylld med vatten och, genom att mäta vid vilka vinklar som ljuset lämnade glaskärlet, lyckades sluta sig till att den primära regnbågen uppstår då ljuset reflekteras en gång och den sekundära regnbågen då ljuset reflekteras två gånger. Han lyckades också underbygga sina slutsatser genom att härleda den allmänna brytningslagen (efter, men oberoende av, Snell) och korrekt beräkna vinklarna för båda bågarna. Descartes misslyckades dock med att förklara regnbågens färger.

Isaac Newton var den förste som visa att vitt ljus består av alla regnbågens färger. Han lät ett prisma dela upp det vita ljuset i ett färgspektrum och ett annat prisma förena spektrumet till vitt ljus igen. Han visade också att rött ljus bryts mindre än blått vilket, i stort sett, var det som behövdes för att förklara regnbågen som optiskt fenomen.

Regnbågen i myter och religioner

<em>Bergslandskap med regnbåge</em>, nattlig scen med regnbåge av Caspar David Friedrich, 1810

Bergslandskap med regnbåge, nattlig scen med regnbåge av Caspar David Friedrich, 1810

Regnbågens gäckande skönhet har givit den en plats i myter, sagor och religiösa trossystem. I grekisk mytologi är den stigen efter budbäraren Iriserna mellan himlen och jorden. Leprechaun i irländsk folktro gömde sin guldskatt vid regnbågens ände. I kinesisk mytologi var regnbågen en reva i himlen som förseglades av gudinnan Nûwa med hjälp av stenar i sju olika färger. I hinduistisk mytologi kallas regnbågen för Indradhanushi, dvs Indras båge, efter denne blixtnsens och åska gud. I nordisk mytologi kallas regnbågen för Bifrost och är den bro, som vaktad av Heimdall förenar Asgård med Midgård.

Regnbågen finns omnämnd i Första Moseboken som ett tecken på Guds förbund med människorna. Efter att Noa överlevt floden sände Gud regnbågen som ett tecken på hans löfte att ingen mer syndaflod skulle komma.

Regnbågen finns som flagga, där de olika färgerna representerar mänsklighetens mångfald. Flaggan står för tolerans och medmänsklighet.

Se även

Externa länkar

Virtual Physics Laboratory - Rainbow - En interaktiv demonstration av hur ljuset bryts i en regndroppe (engelsk sida)
Atmospheric Optics - Information om många visuella fenomen som orsakas av vattendroppar i atmosfären. (engelsk sida)
Unidata - About Rainbows - Sida med mycket information om regnbågar.