무지개의 색깔

무지개 효과는 폭포 또는 분수 근처에서 흔히 볼 수 있습니다. 또한 화창한 날에는 공기 중에 물방울을 분산시켜 인위적으로 만들 수 있습니다. 드물게 달밤, 달빛의 무지개 또는 밤 무지개가 강렬하게 보일 수 있습니다. 저조도에서는 인간의 시각적 인 색상 인식이 좋지 않으므로 말꼬리는 종종 흰색으로 인식됩니다.

한 프레임에 무지개의 반원 전체를 촬영하는 것은 어렵습니다. 84 °의 시야각이 필요하기 때문입니다.35mm 카메라의 경우 초점 거리가 19mm 이하인 광각 렌즈가 필요합니다. 이제 여러 이미지를 파노라마로 스티칭하는 소프트웨어를 사용할 수 있으므로 일련의 겹쳐진 프레임에서 전체 호와 보조 호의 이미지를 쉽게 쉽게 만들 수 있습니다.

비행기와 같이 지구의 상공에서 무지개가 완전한 원으로 보일 때가 있습니다. 이 현상은 영광 현상과 혼동 될 수 있지만 일반적으로 영광은 훨씬 작아서 5-20 ° 만 덮습니다.

기본 무지개 안의 하늘은 활 밖의 하늘보다 밝습니다. 이것은 각 빗방울이 구체이기 때문에 하늘의 원형 디스크 전체에 빛을 산란시키기 때문입니다. 디스크 반경은 빛의 파장에 따라 다르며, 적색광은 청색광보다 큰 각도로 산란됩니다. 대부분의 디스크에서 모든 파장의 흩어져있는 빛이 겹쳐서 하늘을 밝게하는 흰색 빛을 낳습니다. 가장자리에서는 산란의 파장 의존성이 무지개를 발생시킵니다.

1 차 무지개 호의 빛은 아치에 접선 방향으로 96 % 편광됩니다. 두 번째 호의 빛은 90 % 편광됩니다.

스펙트럼 또는 무지개 색상의 수
유리 프리즘과 점 광원을 사용하여 얻은 스펙트럼은 밴드가없는 파장의 연속체입니다. 인간의 눈이 스펙트럼에서 구별 할 수있는 색의 수는 100 정도입니다. 따라서 Munsell 색 시스템 (인간의 시각적 인식을위한 동일한 단계에 기초한 수치로 색을 설명하는 20 세기 시스템)은 100을 구별합니다 색상. 주 색상의 뚜렷한 이산은 인간의 인식의 인공물이며 주 색상의 정확한 수는 다소 임의적 인 선택입니다.

레드 오렌지 옐로우 그린 블루 인디고 바이올렛

그의 눈이 색을 구별하는데별로 중요하지 않다고 인정한 뉴턴은 원래 스펙트럼을 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 보라색의 5 가지 주요 색으로 나눴다. 나중에 그는 오렌지와 인디고를 포함하여 음악 규모의 음표 수에 비유하여 7 가지 주요 색을 부여했습니다. 뉴턴은 색, 음표, 태양계의 알려진 대상들, 그리고 태양계의 알려진 대상들 사이에 연결이 있다고 생각했던 고대 그리스의 세련 론자들의 믿음에서 파생 된 믿음에서 가시 스펙트럼을 7 가지 색상으로 분리하기로 결정했다. 그 주.

아이작 아시모프 (Isaac Asimov)에 따르면 “인디고는 청색과 보라색 사이에있는 색으로 나열하는 것이 관습이지만, 인디고는 별개의 색으로 간주되는 존엄성을 가질만한 가치가없는 것처럼 보였습니다. ”

무지개의 색상 패턴은 스펙트럼과 다르며 색상이 덜 포화됩니다. 무지개에는 임의의 특정 파장에 대해 하나의 변하지 않는 각도가 아닌 사출 각도의 분포가 있기 때문에 스펙트럼 번짐이 있습니다. 또한 무지개는 태양의 디스크 지름 (0.5 °)이 무지개의 너비 (2 °)에 비해 무시할 수 없기 때문에 포인트 소스에서 얻은 활의 흐린 버전입니다. 따라서 레인보우의 색상 띠의 수는 특히 물방울이 특히 크거나 작은 경우 스펙트럼의 띠 수와 다를 수 있습니다. 따라서 무지개의 색상 수는 다양합니다. 그러나 무지개라는 단어가 스펙트럼을 의미하는 데 부정확하게 사용 된 경우 이는 스펙트럼의 주 색상 수입니다.

무지개에서 모두가 7 가지 색상을 볼 수 있는지에 대한 질문은 언어 상대성 이론과 관련이 있습니다.무지개가 감지되는 방식에 보편성이 있다는 제안이 제기되었습니다. 그러나 더 최근의 연구에 따르면 관찰 된 고유 색상의 수와 이러한 색상이 불리는 것은 언어의 색상이 적고 이산 색상 띠가 적은 사람들과 함께 사용하는 언어에 따라 달라집니다.

설명

되돌아 오는 빛이 약 42 °에서 가장 강렬한 이유는 이것이 전환점이라는 것입니다. 즉, 방울의 가장 바깥 쪽 링에 부딪히는 빛이 그 방울을 중앙에 더 가깝게 치는 것처럼 42 ° 미만으로 되돌아옵니다. 모두가 42 ° 주변으로 돌아 오는 빛의 원형 띠가 있습니다. 태양이 평행 한 단색광을 방출하는 레이저라면,이 각도에서 활의 휘도 (밝기)는 무한대로 향하게 될 것입니다 (간섭 효과는 무시하십시오). 그러나 태양의 휘도가 유한하고 그 광선이 모두 평행하지 않기 때문에 (휘도는 하늘의 반 정도를 덮는다) 휘도는 무한대로 이동하지 않는다. 또한 빛이 굴절되는 양은 파장에 따라 달라지며, 따라서 색상도 달라집니다. 이 효과를 분산이라고합니다. 청색광 (단파장)은 적색광보다 큰 각도로 굴절되지만, 액체 방울의 뒷면으로부터의 광선의 반사 때문에, 청색광은 원래의 입사광에 비해 작은 각으로 방울로부터 나온다 붉은 빛. 이 각도로 인해 기본 레인보우 호의 안쪽에는 파란색이 표시되고 바깥쪽에는 빨간색이 표시됩니다. 이 결과는 무지개의 다른 부분에 다른 색상을 제공 할뿐만 아니라 밝기를 감소시킵니다. (분산이없는 액체의 물방울에 의해 형성된 “무지개”는 흰색이지만 보통 무지개보다 밝습니다.)

광선은 한 방향 (일반적으로 태양 직선)에서 빗방울을 입력하고 빗방울 뒤에서 반사하며 빗방울을 떠날 때 바람을 불어 넣습니다. 무지개를 떠나는 빛은 광각에 퍼지고 40.89-42 °의 각도에서 최대 강도를 보입니다. (주 : 입사각에 따라 빛의 2 ~ 100 %가 마주 보는 세 표면에서 반사됩니다.이 그림은 무지개와 관련된 경로 만 보여줍니다.)

분산으로 인해 빗방울에 들어갈 때 흰색 빛이 다른 색으로 분리되어 빨간 빛이 푸른 빛보다 덜 굴절됩니다.
햇빛이 빗방울에 닿으면 빛의 일부가 반사되고 나머지는 빗방울에 들어갑니다. 빛은 빗방울의 표면에서 굴절됩니다. 이 빛이 빗방울의 뒤를 칠 때, 그 중 일부는 뒤에서 반사됩니다. 내부 반사광이 다시 표면에 도달하면 다시 한 번 내부적으로 반사되고 일부는 내부에서 반사되어 굴절됩니다. (두 번째로 표면을 만난 후 방울에서 반사되거나 뒤에서 빠져 나오거나 방울 안에서 계속 반사되는 빛은 기본 무지개의 형성과 관련이 없습니다.) 전반적인 효과는 들어오는 빛은 0 °에서 42 °까지 반사되며, 42 °에서 가장 강한 빛이 반사됩니다. 이 각도는 방울의 크기와 무관하지만 굴절률에 따라 다릅니다. 바닷물은 빗물보다 굴절률이 높으므로 해상 스프레이의 “무지개”반경이 진정한 무지개보다 작습니다. 이것은 이러한 리본의 오정렬로 인해 육안으로 볼 수 있습니다.

빗방울 뒤의 빛은 전체 내부 반사를 겪지 않으며 뒤쪽에서 약간의 빛이 나옵니다. 그러나 빗방울 뒤에서 나오는 빛은 관찰자와 태양 사이에 무지개를 만들지 않습니다. 왜냐하면 빗방울 뒤쪽에서 방출되는 스펙트럼에는 다른 가시적 인 무지개처럼 최대 강도가 ​​없으므로 색상이 혼합되기 때문입니다 함께 무지개를 형성하기보다는 함께.

무지개는 특정 위치에 존재하지 않습니다. 많은 무지개가 존재합니다. 그러나 태양에 의해 조명되는 빛의 물방울으로서의 특정 관찰자의 관점에 따라 오직 하나만 보일 수있다. 모든 빗방울은 같은 방식으로 햇빛을 굴절시키고 반사하지만 일부 빗방울의 빛 만이 관찰자의 눈에 도달합니다. 이 빛은 그 관찰자에게 무지개를 구성합니다. 태양 광선, 관찰자의 머리 및 (구형) 물방울로 구성된 전체 시스템은 관찰자의 머리를 통과하는 축을 중심으로 태양 광선과 평행 한 축 대칭을 이룹니다. 관찰자, 방울 및 태양 사이에 직각을 이루는 모든 빗방울 세트가 관찰자와 함께 태양을 가리키는 원뿔 위에 놓여 있기 때문에 무지개가 구부러져 있습니다. 원뿔의 기저부는 관측자의 머리와 그림자 사이의 선에 대해 40-42 °의 각도로 원을 형성하지만 관측자가 지표면에서 충분히 멀리 떨어져 있지 않으면 원의 50 % 이상이 수평선 아래에 있습니다. 예를 들어 비행기에서 볼 수 있습니다. 또는 오른쪽 유리한 지점의 관찰자가 분수 또는 폭포수 스프레이에서 전체 원을 볼 수도 있습니다.

수학적 파생
우리는 무지개가 다음과 같이 경계를 이루는 지각을 결정할 수 있습니다.

구형 빗방울이 주어지고 무지개의 감지 각을 2φ로 정의하고 내부 반사각을 2β로 정의하면 방울의 표면 법선에 대한 태양 광선의 입사각은 2β – φ입니다. 굴절각이 β이므로 스넬의 법칙은 우리에게 주어진다.

sin (2β – φ) = n sinβ,
여기서 n = 1.333은 물의 굴절률입니다. φ에 대해 풀면 우리가 얻는다.

φ = 2β – arcsin (n sinβ).
무지개는 각도 φ가 각도 β에 대해 최대 인 곳에서 발생합니다. 따라서 미적분에서 dφ / dβ = 0으로 설정하고 β를 풀면 다음과 같은 결과가 나온다.


φ에 대한 이전 방정식으로 다시 대입하면 무지개의 반경 각으로 2φmax ≈ 42 °가됩니다.