Un arcobaleno è un fenomeno meteorologico causato dalla riflessione, dalla rifrazione e dalla dispersione della luce nelle goccioline d’acqua che danno luogo a uno spettro di luce che appare nel cielo. Prende la forma di un arco circolare multicolore. Gli arcobaleni causati dalla luce solare appaiono sempre nella sezione del cielo direttamente di fronte al sole.

Gli arcobaleni possono essere cerchi completi. Tuttavia, l’osservatore normalmente vede solo un arco formato da goccioline illuminate sopra il terreno e centrato su una linea dal sole verso l’occhio dell’osservatore.

In un arcobaleno primario, l’arco mostra il rosso sulla parte esterna e il viola sul lato interno. Questo arcobaleno è causato dalla rifrazione della luce quando si entra in una goccia d’acqua, quindi riflessa all’interno della parte posteriore della goccia e rifratta di nuovo quando la si lascia.

In un doppio arcobaleno, un secondo arco è visto al di fuori dell’arco primario e ha l’ordine dei suoi colori invertiti, con il rosso sul lato interno dell’arco. Ciò è causato dal fatto che la luce viene riflessa due volte all’interno della goccia prima di lasciarla.

Panoramica
Un arcobaleno non si trova a una distanza specifica dall’osservatore, ma proviene da un’illusione ottica causata da eventuali goccioline d’acqua viste da un certo angolo rispetto a una fonte di luce.Quindi, un arcobaleno non è un oggetto e non può essere avvicinato fisicamente. In effetti, è impossibile per un osservatore vedere un arcobaleno da goccioline d’acqua con qualsiasi angolo diverso da quello consueto di 42 gradi dalla direzione opposta alla sorgente luminosa. Anche se un osservatore vede un altro osservatore che sembra “sotto” o “alla fine di” un arcobaleno, il secondo osservatore vedrà un arcobaleno diverso più lontano, con lo stesso angolo visto dal primo osservatore.

Gli arcobaleni coprono uno spettro continuo di colori. Tutte le bande distinte percepite sono un artefatto della visione del colore umano, e nessuna banda di qualsiasi tipo è vista in una foto in bianco e nero di un arcobaleno, solo una gradazione graduale di intensità fino a un massimo, per poi svanire verso l’altro lato. Per i colori visti dall’occhio umano, la sequenza più comunemente citata e ricordata è il settuplo rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto di Newton, ricordato dal mnemonico, Richard Of York, Gave Battle In Vain (ROYGBIV).

Gli arcobaleni possono essere causati da molte forme di acqua dispersa nell’aria. Questi includono non solo la pioggia, ma anche la nebbia, gli spruzzi e la rugiada aerodispersa.

Visibilità
Gli arcobaleni possono essere osservati ogni volta che ci sono gocce d’acqua nell’aria e la luce del sole splende da dietro l’osservatore ad un angolo di bassa quota. Per questo motivo, arcobaleni sono di solito visti nel cielo occidentale durante la mattina e nel cielo orientale durante la prima serata. Le esposizioni arcobaleno più spettacolari si verificano quando metà del cielo è ancora buio con nuvole di pioggia e l’osservatore si trova in un punto con cielo sereno in direzione del sole. Il risultato è un arcobaleno luminoso che contrasta con lo sfondo scuro. Durante tali buone condizioni di visibilità, è spesso visibile l’arcobaleno secondario più grande ma più debole. Appare circa 10 ° al di fuori dell’arcobaleno primario, con ordine inverso di colori.

L’effetto arcobaleno è anche comunemente visto vicino a cascate o fontane. Inoltre, l’effetto può essere creato artificialmente disperdendo le goccioline d’acqua nell’aria durante una giornata di sole.Raramente, un arco lunare, arcobaleno lunare o arcobaleno notturno, può essere visto nelle notti fortemente illuminate dalla luna. Poiché la percezione visiva umana del colore è scarsa in condizioni di scarsa illuminazione, i moonbows sono spesso percepiti come bianchi.

È difficile fotografare il semicerchio completo di un arcobaleno in un fotogramma, poiché ciò richiederebbe un angolo di visione di 84 °. Per una fotocamera da 35 mm, sarebbe necessario un obiettivo grandangolare con una lunghezza focale di 19 mm o inferiore. Ora che è disponibile un software per la cucitura di più immagini in un panorama, è possibile creare immagini dell’intero arco e anche di archi secondari in modo abbastanza semplice da una serie di fotogrammi sovrapposti.

Dall’alto della terra, come in un aeroplano, a volte è possibile vedere un arcobaleno come un cerchio completo. Questo fenomeno può essere confuso con il fenomeno della gloria, ma una gloria di solito è molto più piccola, coprendo solo 5-20 °.

Il cielo all’interno di un arcobaleno primario è più luminoso del cielo all’esterno dell’arco. Questo perché ogni goccia di pioggia è una sfera e sparge luce su un intero disco circolare nel cielo. Il raggio del disco dipende dalla lunghezza d’onda della luce, con la luce rossa sparsa su un angolo maggiore rispetto alla luce blu. Su gran parte del disco, la luce diffusa a tutte le lunghezze d’onda si sovrappone, risultando in una luce bianca che illumina il cielo. Sul bordo, la dipendenza dalla lunghezza d’onda della dispersione dà origine all’arcobaleno.

La luce dell’arco arcobaleno primario è al 96% tangente all’arco. La luce del secondo arco è polarizzata al 90%.

Numero di colori nello spettro o arcobaleno
Uno spettro ottenuto utilizzando un prisma di vetro e una sorgente puntiforme è un continuum di lunghezze d’onda senza bande. Il numero di colori che l’occhio umano è in grado di distinguere in uno spettro è nell’ordine di 100. Di conseguenza, il sistema di colori Munsell (un sistema del XX secolo per la descrizione numerica dei colori, basato su passi uguali per la percezione visiva umana) distingue 100 tonalità. L’apparente discrezione dei colori principali è un artefatto della percezione umana e il numero esatto dei colori principali è una scelta alquanto arbitraria.

Newton, che ammise che i suoi occhi non erano molto critici nel distinguere i colori, in origine (1672) divideva lo spettro in cinque colori principali: rosso, giallo, verde, blu e viola. Successivamente ha incluso l’arancione e l’indaco, dando sette colori principali per analogia al numero di note in scala musicale. Newton scelse di dividere lo spettro visibile in sette colori da una credenza derivata dalle credenze degli antichi sofisti greci, i quali pensavano che ci fosse una connessione tra i colori, le note musicali, gli oggetti conosciuti nel Sistema Solare e i giorni di la settimana.

Secondo Isaac Asimov, “È consuetudine elencare l’indaco come un colore che sta tra il blu e il violetto, ma non mi è mai sembrato che l’indaco valga la dignità di essere considerato un colore separato. Ai miei occhi sembra semplicemente blu profondo. ”

Il modello di colore di un arcobaleno è diverso da uno spettro e i colori sono meno saturi. C’è un effetto spettrale in un arcobaleno dovuto al fatto che per ogni particolare lunghezza d’onda, c’è una distribuzione di angoli di uscita, piuttosto che un singolo angolo uniforme. Inoltre, un arcobaleno è una versione sfocata dell’arco ottenuta da una sorgente puntiforme, poiché il diametro del disco del sole (0,5 °) non può essere trascurato rispetto alla larghezza di un arcobaleno (2 °). Il numero di bande di colore di un arcobaleno può quindi essere diverso dal numero di bande di uno spettro, specialmente se le gocce sono particolarmente grandi o piccole. Pertanto, il numero di colori di un arcobaleno è variabile. Se, tuttavia, la parola arcobaleno viene usata impropriamente per indicare lo spettro, è il numero di colori principali nello spettro.

La domanda se tutti vedono sette colori in un arcobaleno è legata all’idea della relatività linguistica.Sono stati fatti suggerimenti sull’universalità nel modo in cui viene percepito un arcobaleno. Tuttavia, ricerche più recenti suggeriscono che il numero di colori distinti osservati e quelli che vengono chiamati dipendono dal linguaggio che si usa con le persone la cui lingua ha meno parole di colore che vedono meno bande di colore discrete.

Spiegazione
Quando la luce del sole incontra una goccia di pioggia, parte della luce viene riflessa e il resto entra nella goccia di pioggia. La luce viene rifratta sulla superficie della goccia di pioggia. Quando questa luce colpisce la parte posteriore della goccia di pioggia, parte di essa viene riflessa dalla parte posteriore. Quando la luce riflessa internamente raggiunge di nuovo la superficie, un’altra parte viene riflessa internamente e alcuni vengono rifratti quando esce dalla caduta. (La luce che riflette la goccia, esce dal retro o continua a rimbalzare all’interno della goccia dopo il secondo incontro con la superficie, non è rilevante per la formazione dell’arcobaleno primario.) L’effetto complessivo è che parte del la luce in ingresso viene riflessa su un intervallo compreso tra 0 ° e 42 °, con la luce più intensa a 42 °. Questo angolo è indipendente dalla dimensione della goccia, ma dipende dal suo indice di rifrazione. L’acqua di mare ha un indice di rifrazione più elevato dell’acqua piovana, quindi il raggio di un “arcobaleno” in spray marino è più piccolo di un vero arcobaleno. Questo è visibile ad occhio nudo da un disallineamento di questi archi.

Il motivo per cui la luce di ritorno è più intensa a circa 42 ° è che questo è un punto di svolta: la luce che colpisce l’anello più esterno della goccia viene restituita a meno di 42 °, così come la luce colpisce la goccia più vicino al suo centro. C’è una fascia di luce circolare che viene restituita a circa 42 °. Se il sole fosse un raggio laser che emette paralleli, monocromatici, allora la luminanza (luminosità) dell’arco tenderebbe all’infinito a questo angolo (ignorando gli effetti di interferenza).(Vedi Caustic (ottica).) Ma poiché la luminanza del sole è finita e i suoi raggi non sono tutti paralleli (copre circa mezzo grado del cielo) la luminanza non va all’infinito. Inoltre, la quantità di rifrazione della luce dipende dalla sua lunghezza d’onda e quindi dal suo colore. Questo effetto è chiamato dispersione. La luce blu (lunghezza d’onda più corta) viene rifratta ad un angolo maggiore rispetto alla luce rossa, ma a causa del riflesso dei raggi di luce dalla parte posteriore della gocciolina, la luce blu emerge dalla gocciolina ad un angolo più piccolo rispetto al raggio di luce bianca incidente originale che la luce rossa. A causa di questo angolo, il blu è visto all’interno dell’arco dell’arcobaleno primario e rosso all’esterno. Il risultato di questo non è solo quello di dare colori diversi a diverse parti dell’arcobaleno, ma anche di diminuire la luminosità. (Un “arcobaleno” formato da goccioline di un liquido senza dispersione sarebbe bianco, ma più luminoso di un arcobaleno normale).

La luce nella parte posteriore della goccia di pioggia non subisce una riflessione interna totale, e parte della luce emerge dalla parte posteriore. Tuttavia, la luce che esce dalla parte posteriore della goccia di pioggia non crea un arcobaleno tra l’osservatore e il sole perché gli spettri emessi dal retro della goccia di pioggia non hanno un massimo di intensità, come fanno gli altri arcobaleni visibili, e quindi i colori si fondono insieme piuttosto che formare un arcobaleno.

Un arcobaleno non esiste in una particolare posizione. Esistono molti arcobaleni; tuttavia, solo uno può essere visto a seconda del punto di vista dell’osservatore particolare come gocce di luce illuminate dal sole. Tutte le gocce di pioggia rifrangono e riflettono la luce del sole allo stesso modo, ma solo la luce proveniente da alcune gocce di pioggia raggiunge l’occhio dell’osservatore. Questa luce è ciò che costituisce l’arcobaleno per quell’osservatore. L’intero sistema composto dai raggi del sole, dalla testa dell’osservatore e dalle gocce d’acqua (sferiche) ha una simmetria assiale attorno all’asse attraverso la testa dell’osservatore e parallela ai raggi del sole. L’arcobaleno è curvo perché l’insieme di tutte le gocce di pioggia che hanno l’angolo giusto tra l’osservatore, la goccia e il sole, giace su un cono che punta verso il sole con l’osservatore sulla punta. La base del cono forma un cerchio con un angolo di 40-42 ° rispetto alla linea tra la testa dell’osservatore e la sua ombra ma il 50% o più del cerchio è al di sotto dell’orizzonte, a meno che l’osservatore non sia sufficientemente lontano dalla superficie terrestre per vedi tutto, per esempio in un aereo (vedi sopra). In alternativa, un osservatore con il giusto punto di osservazione può vedere il cerchio completo in una fontana o spruzzo a cascata.

Derivazione matematica
Possiamo determinare l’angolo percepito che l’arcobaleno sottende come segue.

Data una goccia sferica e definendo l’angolo percepito dell’arcobaleno come 2φ e l’angolo del riflesso interno come 2β, allora l’angolo di incidenza dei raggi del sole rispetto alla normale della superficie della goccia è 2β – φ. Poiché l’angolo di rifrazione è β, la legge di Snell ci dà

sin (2β – φ) = n sin β,
dove n = 1.333 è l’indice di rifrazione dell’acqua. Risolvendo per φ, otteniamo

φ = 2β – arcsin (n sin β).
L’arcobaleno si verificherà dove l’angolo φ è massimo rispetto all’angolo β. Pertanto, dal calcolo, possiamo impostare dφ / dβ = 0 e risolvere per β, che produce

Sostituendo nuovamente l’equazione precedente per φ si ottiene 2φmax ≈ 42 ° come l’angolo del raggio dell’arcobaleno.

variazioni

Arcobaleni multipli
Gli arcobaleni secondari sono causati da un doppio riflesso della luce solare all’interno delle gocce di pioggia e sono centrati sul sole stesso. Sono circa 127 ° (viola) a 130 ° (rosso) di larghezza. Poiché questo è più di 90 °, sono visti sullo stesso lato del cielo come l’arcobaleno primario, circa 10 ° sopra di esso ad angoli apparenti di 50-53 °. Come risultato del “dentro” dell’arco secondario che è “in alto” per l’osservatore, i colori appaiono invertiti rispetto all’arco principale. L’arcobaleno secondario è più debole del primario perché una maggiore quantità di luce fuoriesce da due riflessioni rispetto a una e poiché l’arcobaleno stesso è distribuito su un’area più ampia del cielo. Ogni arcobaleno riflette la luce bianca all’interno delle sue bande colorate, ma questo è “basso” per il primario e “alto” per il secondario. L’area oscura del cielo non illuminato che si trova tra gli archi primari e secondari è chiamata banda di Alessandro, dopo Alessandro di Afrodisia che l’ha descritta per la prima volta.

Arcobaleno gemellato
A differenza di un doppio arcobaleno costituito da due archi arcobaleno separati e concentrici, l’arcobaleno gemellato molto raro appare come due archi arcobaleno che si suddividono da un’unica base. I colori nel secondo arco, piuttosto che in retromarcia come in un arcobaleno secondario, appaiono nello stesso ordine dell’arcobaleno primario. Può essere presente anche un arcobaleno secondario “normale”. Gli arcobaleni gemellati possono sembrare simili, ma non dovrebbero essere confusi con le bande soprannumerarie. I due fenomeni possono essere distinti per la loro differenza nel profilo del colore: le bande soprannumerarie sono costituite da tenui tonalità pastello (principalmente rosa, viola e verde), mentre l’arcobaleno gemellato mostra lo stesso spettro di un arcobaleno regolare. La causa di un arcobaleno gemellato è la combinazione di diverse dimensioni di gocce d’acqua che cadono dal cielo. A causa della resistenza dell’aria, le gocce di pioggia si appiattiscono mentre cadono e l’appiattimento è più evidente nelle gocce d’acqua più grandi.Quando due rovesci di pioggia con gocce di pioggia di dimensioni diverse si combinano, ognuno di loro produce arcobaleni leggermente diversi che possono combinare e formare un arcobaleno gemellato. Uno studio di tracciamento dei raggi numerici ha mostrato che un arcobaleno gemellato su una foto poteva essere spiegato da una miscela di goccioline di 0,40 e 0,45 mm. Questa piccola differenza nella dimensione delle gocce ha comportato una leggera differenza nell’appiattimento della forma della goccia e una grande differenza nell’appiattimento della parte superiore dell’arcobaleno.

Nel frattempo, il caso ancora più raro di un arcobaleno diviso in tre rami è stato osservato e fotografato in natura.

Arcobaleno a cerchio completo
In teoria, ogni arcobaleno è un cerchio, ma dal terreno si vede solo la metà superiore. Poiché il centro dell’arcobaleno è diametralmente opposto alla posizione del sole nel cielo, più del cerchio viene visualizzato quando il sole si avvicina all’orizzonte, il che significa che la sezione più grande del cerchio normalmente visualizzata è di circa il 50% durante il tramonto o l’alba. Osservare la metà inferiore dell’arcobaleno richiede la presenza di gocce d’acqua sotto l’orizzonte dell’osservatore, così come la luce del sole che è in grado di raggiungerle. Questi requisiti non sono generalmente soddisfatti quando l’osservatore è a livello del suolo, o perché le gocce sono assenti nella posizione richiesta, o perché la luce del sole è ostruita dal paesaggio dietro l’osservatore. Da un punto di vista elevato come un edificio alto o un aereo, tuttavia, i requisiti possono essere soddisfatti e l’arcobaleno a tutto tondo può essere visto. Come un arcobaleno parziale, l’arcobaleno circolare può avere anche un arco secondario o archi soprannumerari. È possibile produrre il cerchio completo stando a terra, ad esempio spruzzando una nebbia d’acqua da un tubo da giardino mentre si guarda lontano dal sole.

Un arcobaleno circolare non deve essere confuso con la gloria, che ha un diametro molto più piccolo e viene creata da diversi processi ottici. Nelle giuste circostanze, una gloria e un arcobaleno (circolare) o un arco di nebbia possono verificarsi insieme. Un altro fenomeno atmosferico che può essere scambiato per un “arcobaleno circolare” è l’alone 22 °, che è causato da cristalli di ghiaccio piuttosto che da goccioline d’acqua liquide e si trova intorno al sole (o alla luna), non di fronte ad esso.

Arcobaleni soprannumerari
In certe circostanze, una o più bande strette e debolmente colorate possono essere viste al margine viola di un arcobaleno; cioè, all’interno dell’arco primario o, molto più raramente, all’esterno del secondario. Queste bande extra sono chiamate arcobaleni soprannumerari o bande soprannumerarie; insieme con l’arcobaleno stesso, il fenomeno è anche conosciuto come un arcobaleno impilatore. Gli archi in sovrannumero sono leggermente staccati dall’arco principale, diventano progressivamente più deboli insieme alla loro distanza da esso, e hanno colori pastello (costituiti principalmente da tonalità di rosa, viola e verde) piuttosto che il solito spettro. L’effetto diventa evidente quando sono coinvolte goccioline d’acqua aventi un diametro di circa 1 mm o meno;più piccole sono le goccioline, più ampie diventano le bande soprannumerarie e meno saturi i loro colori. A causa della loro origine in piccole gocce, le bande soprannumerarie tendono ad essere particolarmente prominenti negli arcobaleni.

Gli arcobaleni soprannumerari non possono essere spiegati usando l’ottica geometrica classica. Le bande deboli alternate sono causate da interferenze tra i raggi di luce che seguono percorsi leggermente diversi con lunghezze leggermente variabili all’interno delle gocce di pioggia. Alcuni raggi sono in fase, rinforzandosi a vicenda attraverso interferenze costruttive, creando una banda luminosa; altri sono fuori fase fino a metà della lunghezza d’onda, si annullano a vicenda attraverso interferenze distruttive e creano uno spazio vuoto. Dati i diversi angoli di rifrazione per i raggi di diversi colori, i modelli di interferenza sono leggermente diversi per i raggi di diversi colori, quindi ogni banda luminosa è differenziata per colore, creando un arcobaleno in miniatura. Gli arcobaleni soprannumerari sono più chiari quando le gocce di pioggia sono piccole e di dimensioni uniformi.L’esistenza stessa di arcobaleni soprannumerari fu storicamente un primo indizio della natura ondulatoria della luce, e la prima spiegazione fu fornita da Thomas Young nel 1804.

Arcobaleno riflesso, arcobaleno di riflessione
Quando un arcobaleno appare sopra un corpo d’acqua, due archi specchio complementari possono essere visti sotto e sopra l’orizzonte, provenienti da diversi percorsi di luce. I loro nomi sono leggermente diversi.

Un arcobaleno riflesso può apparire nella superficie dell’acqua al di sotto dell’orizzonte. La luce del sole viene prima deviata dalle gocce di pioggia e poi riflessa dal corpo dell’acqua, prima di raggiungere l’osservatore. L’arcobaleno riflesso è spesso visibile, almeno in parte, anche in piccole pozzanghere.

Un arcobaleno di riflessione può essere prodotto dove la luce del sole si riflette su un corpo idrico prima di raggiungere le gocce di pioggia (vedere lo schema e), se il corpo idrico è grande, silenzioso su tutta la superficie e vicino alla cortina di pioggia. L’arcobaleno riflesso appare sopra l’orizzonte. Si interseca con il normale arcobaleno all’orizzonte e il suo arco raggiunge il cielo più in alto, con il suo centro più in alto rispetto all’orizzonte mentre il normale centro dell’arcobaleno è al di sotto di esso. A causa della combinazione di requisiti, un arcobaleno riflesso è raramente visibile.

È possibile distinguere fino a otto archi distinti se gli arcobaleni riflessi e di riflessione si verificano simultaneamente: i normali archi primari e secondari superiori all’orizzonte con le controparti riflesse sotto di esso e gli archi primari e secondari di riflessione sopra l’orizzonte con le loro controparti riflesse sotto di esso.

Arcobaleno monocromatico
Occasionalmente una doccia può accadere all’alba o al tramonto, dove le lunghezze d’onda più corte come il blu e il verde sono state disperse e sostanzialmente rimosse dallo spettro. Ulteriore dispersione può verificarsi a causa della pioggia, e il risultato può essere il raro e drammatico monocromo o arcobaleno rosso.

Arcobaleni di ordine superiore
Oltre agli arcobaleni primari e secondari comuni, è anche possibile formare arcobaleni di ordini superiori. L’ordine di un arcobaleno è determinato dal numero di riflessi di luce all’interno delle gocce d’acqua che lo creano: una riflessione risulta nel primo ordine o arcobaleno primario; due riflessioni creano l’arcobaleno secondario o secondario. Altre riflessioni interne causano archi di ordini superiori, teoricamente all’infinito. Man mano che ogni riflessione interna perde sempre più luce, tuttavia, ogni arco successivo diventa progressivamente più debole e quindi sempre più difficile da individuare. Un’ulteriore sfida nell’osservazione degli arcobaleni di terzo ordine (o terziario) e del quarto ordine (quaternario) è la loro posizione nella direzione del sole (rispettivamente a circa 40 ° e 45 ° dal sole), facendoli annegare in il suo bagliore.

Per questi motivi, gli arcobaleni naturali di un ordine superiore a 2 sono raramente visibili ad occhio nudo. Tuttavia, sono stati segnalati avvistamenti dell’arco di terzo ordine in natura e nel 2011 è stato fotografato definitivamente per la prima volta. Poco dopo è stato fotografato anche l’arcobaleno del quarto ordine, e nel 2014 sono state pubblicate le prime immagini in assoluto dell’arcobaleno del quinto ordine (o quinario), situato tra gli archi primari e secondari.

In un ambiente di laboratorio, è possibile creare archi di ordini molto più alti. Felix Billet (1808-1882) dipinse posizioni angolari fino all’arcobaleno del 19 ° ordine, uno schema che definì una “rosa di arcobaleni”. In laboratorio, è possibile osservare arcobaleni di ordine superiore utilizzando la luce estremamente brillante e ben collimata prodotta dai laser. Fino all’arcobaleno del 200 ° ordine è stato riportato da Ng et al. nel 1998 usando un metodo simile ma un raggio laser a ioni di argon.

Gli arcobaleni terziari e quaternari non vanno confusi con gli arcobaleni “triplo” e “quadruplo”, termini a volte erroneamente usati per riferirsi agli archi soprannaturali e agli arcobaleni di riflessione, molto più comuni.

Arcobaleni al chiaro di luna
Come la maggior parte dei fenomeni ottici atmosferici, gli arcobaleni possono essere causati dalla luce del Sole, ma anche dalla Luna. In caso di quest’ultimo, l’arcobaleno viene definito arcobaleno lunare o arco lunare. Sono molto più tenui e più rari degli arcobaleni solari, e richiedono che la Luna sia quasi piena per poter essere vista. Per lo stesso motivo, i moonbows sono spesso percepiti come bianchi e possono essere considerati monocromatici. Tuttavia, l’intero spettro è presente, ma l’occhio umano normalmente non è abbastanza sensibile per vedere i colori. Le fotografie a lunga esposizione a volte mostrano il colore in questo tipo di arcobaleno.

fogbow
gli archi si formano allo stesso modo degli arcobaleni, ma sono formati da nuvole molto più piccole e goccioline di nebbia che diffrangono la luce in modo estensivo. Sono quasi bianchi con rossi deboli all’esterno e blu all’interno; spesso una o più bande sovrannumerarie possono essere individuate all’interno del bordo interno. I colori sono scuri perché l’arco di ogni colore è molto ampio ei colori si sovrappongono. I fogbows sono comunemente visti sull’acqua quando l’aria a contatto con l’acqua fredda è fredda, ma possono essere trovati ovunque se la nebbia è abbastanza sottile da far trasparire il sole e il sole è abbastanza luminoso. Sono molto grandi, quasi grandi come un arcobaleno e molto più ampi. A volte appaiono con una gloria al centro dell’arco.

Gli archi di nebbia non devono essere confusi con gli aloni del ghiaccio, che sono molto comuni in tutto il mondo e visibili molto più spesso degli arcobaleni (di qualsiasi ordine), ma non sono correlati agli arcobaleni.

Archi circonforali e circonferenziali
Gli archi circumzenali e circongiuntali sono due fenomeni ottici correlati simili nell’aspetto a un arcobaleno, ma a differenza di questi ultimi, la loro origine risiede nella rifrazione della luce attraverso i cristalli di ghiaccio esagonali piuttosto che le goccioline di acqua liquida. Ciò significa che non sono arcobaleni, ma membri della grande famiglia di aloni.

Entrambi gli archi sono segmenti di anelli dai colori vivaci centrati sullo zenit, ma in diverse posizioni nel cielo: L’arco circumzenale è notevolmente curvo e posizionato in alto sopra il Sole (o Luna) con il suo lato convesso rivolto verso il basso (creando l’impressione di un “rialzo” giù arcobaleno “); l’arco circonferenziale corre molto più vicino all’orizzonte, è più dritto e si trova a una distanza significativa al di sotto del Sole (o della Luna). Entrambi gli archi hanno il loro lato rosso rivolto verso il sole e la loro parte viola lontano da esso, il che significa che l’arco circumzenale è rosso sul fondo, mentre l’arco circonferenziale è rosso sulla parte superiore.

L’arco circonferenziale è a volte indicato con il termine improprio “arcobaleno di fuoco”. Per vederlo, il Sole o la Luna devono essere almeno 58 ° sopra l’orizzonte, rendendolo un evento raro a latitudini più elevate. L’arco circumzenale, visibile solo ad un innalzamento solare o lunare inferiore a 32 °, è molto più comune, ma spesso è mancato poiché si verifica quasi direttamente sopra la testa.

Arcobaleni su Titano
È stato suggerito che gli arcobaleni possano esistere sulla luna di Saturno Titano, poiché ha una superficie bagnata e nuvole umide. Il raggio di un arcobaleno Titan sarebbe di circa 49 ° anziché di 42 °, perché il fluido in quell’ambiente freddo è metano invece che acqua. Anche se arcobaleni visibili possono essere rari a causa del cielo nebuloso di Titano, gli arcobaleni a raggi infrarossi possono essere più comuni, ma un osservatore avrebbe bisogno di occhiali per la visione notturna a raggi infrarossi per vederli.

Arcobaleni con materiali diversi
Le goccioline (o sfere) composte da materiali con indici di rifrazione diversi rispetto all’acqua normale producono arcobaleni con angoli di raggio diversi. Poiché l’acqua salata ha un indice di rifrazione più elevato, un arco di spruzzo marino non si allinea perfettamente con l’arcobaleno ordinario, se visto nello stesso punto. Piccole biglie di plastica o di vetro possono essere utilizzate nella segnaletica stradale come riflettori per migliorare la visibilità dei conducenti di notte. A causa di un indice di rifrazione molto più alto, gli arcobaleni osservati su tali biglie hanno un raggio notevolmente più piccolo. Si può facilmente riprodurre tali fenomeni spruzzando liquidi nell’aria in diversi indici di rifrazione, come illustrato nella foto.

Lo spostamento dell’arcobaleno dovuto a diversi indici di rifrazione può essere spinto a un limite particolare. Per un materiale con un indice di rifrazione maggiore di 2, non c’è un angolo che soddisfi i requisiti per l’arcobaleno del primo ordine. Per esempio, l’indice di rifrazione del diamante è circa 2,4, quindi le sfere diamantate produrranno arcobaleni a partire dal secondo ordine, omettendo il primo ordine. In generale, poiché l’indice di rifrazione supera un numero n + 1, dove n è un numero naturale, l’angolo di incidenza critico per n volte i raggi riflessi internamente sfugge al dominio <img src = “https://wikimedia.org/api/rest_v1 / media / math / render / svg / 3608f07c68994fb2cec106391992ed4f4ddb0c97 “width =” 51 “height =” 42 “class =” alignnone size-medium “/>. Ciò si traduce in un arcobaleno dell’ordine n-esimo che si restringe fino al punto antisolare e scompare.

esperimenti

Gli esperimenti sul fenomeno dell’arcobaleno utilizzando gocce di pioggia artificiali, cioè palloni sferici pieni d’acqua, risalgono almeno a Teodorico di Freiberg nel 14 ° secolo. Più tardi, anche Descartes ha studiato il fenomeno usando una fiaschetta di Firenze. Un esperimento di pallone noto come arcobaleno di Firenze è ancora spesso usato oggi come un esperimento dimostrativo imponente e intuitivamente accessibile del fenomeno arcobaleno. Consiste nell’illuminare (con luce bianca parallela) un pallone sferico pieno d’acqua attraverso un foro in uno schermo. Un arcobaleno verrà quindi proiettato / proiettato sullo schermo, a condizione che lo schermo sia sufficientemente grande. A causa dello spessore delle pareti finito e del carattere macroscopico della goccia artificiale, esistono alcune sottili differenze rispetto al fenomeno naturale, compresi angoli leggermente modificati dell’arcobaleno e una divisione degli ordini arcobaleno.

Un esperimento molto simile consiste nell’utilizzare un recipiente cilindrico di vetro riempito di acqua o un cilindro trasparente solido e illuminato parallelamente alla base circolare (cioè raggi di luce che rimangono ad un’altezza fissa mentre transitano nel cilindro) o sotto un angolo rispetto alla base. In queste ultime condizioni gli angoli dell’arcobaleno cambiano rispetto al fenomeno naturale poiché l’indice di rifrazione effettivo dei cambi d’acqua (si applica l’indice di rifrazione di Bravais per i raggi inclinati).

Altri esperimenti usano piccole gocce di liquido, vedi il testo sopra.

Cultura

Gli arcobaleni si verificano frequentemente nella mitologia e sono stati usati nelle arti. Una delle prime occorrenze letterarie di un arcobaleno si trova nel capitolo 9 del Libro della Genesi, come parte della storia dell’alluvione di Noè, dove è un segno dell’alleanza di Dio di non distruggere mai tutta la vita sulla terra con un’alluvione globale. Nella mitologia nordica, il ponte arcobaleno Bifröst collega il mondo degli uomini (Midgard) e il regno degli dei (Asgard). Cuchavira era il dio dell’arcobaleno per la Muisca nell’attuale Colombia e quando le piogge regolari della savana di Bogotà erano finite, il popolo lo ringraziò offrendo oro, lumache e piccoli smeraldi. Il nascondiglio segreto del leprechaun irlandese per la sua pentola d’oro si dice di solito alla fine dell’arcobaleno.Questo luogo è appropriatamente impossibile da raggiungere, perché l’arcobaleno è un effetto ottico che non può essere affrontato.

Gli arcobaleni a volte appaiono anche in araldica, anche se la sua caratteristica di molti colori non si adatta perfettamente al solito stile araldico.

Le bandiere arcobaleno sono state usate per secoli. Era un simbolo del movimento cooperativo nella guerra dei contadini tedeschi nel XVI secolo, della pace in Italia e dei movimenti sociali gay-gay e LGBT dagli anni ’70. Nel 1994, l’arcivescovo Desmond Tutu e il presidente Nelson Mandela descrissero il nuovo Sudafrica democratico post-apartheid come nazione arcobaleno. L’arcobaleno è stato utilizzato anche nei loghi dei prodotti tecnologici incluso il logo del computer Apple. Molte alleanze politiche che abbracciano più partiti politici si sono definiti “coalizione arcobaleno”.