Um arco-íris é um fenômeno meteorológico que é causado por reflexão, refração e dispersão de luz em gotas de água resultando em um espectro de luz que aparece no céu. Ele assume a forma de um arco circular multicolorido. Os arcos-íris causados pela luz solar sempre aparecem na seção de céu diretamente oposto ao sol.
Rainbows podem ser círculos completos. No entanto, o observador normalmente vê apenas um arco formado por gotas iluminadas acima do solo e centrado em uma linha do sol ao olho do observador.
Em um arco-íris primário, o arco mostra vermelho na parte externa e violeta no lado interno. Este arco-íris é causado pela luz sendo refratada ao entrar em uma gota de água, então refletida no interior da parte posterior da gota e refratada novamente ao sair dela.
Em um arco-íris duplo, um segundo arco é visto fora do arco primário e tem a ordem de suas cores invertidas, com vermelho no lado interno do arco. Isto é causado pela luz sendo refletida duas vezes no interior da gota antes de deixá-la.
Visão geral
Um arco-íris não está localizado a uma distância específica do observador, mas vem de uma ilusão de ótica causada por gotas de água vistas de um certo ângulo em relação a uma fonte de luz. Assim, um arco-íris não é um objeto e não pode ser abordado fisicamente. Na verdade, é impossível para um observador ver um arco-íris de gotículas de água em qualquer ângulo diferente do habitual de 42 graus da direção oposta à fonte de luz. Mesmo que um observador veja outro observador que pareça “embaixo” ou “no final” de um arco-íris, o segundo observador verá um arco-íris diferente – mais longe – no mesmo ângulo visto pelo primeiro observador.
Os arcos-íris abrangem um espectro contínuo de cores. Todas as bandas distintas percebidas são um artefato de visão de cor humana, e nenhuma faixa de qualquer tipo é vista em uma foto em preto e branco de um arco-íris, apenas uma gradação suave de intensidade ao máximo, depois desaparecendo em direção ao outro lado. Para as cores vistas pelo olho humano, a seqüência mais comumente citada e lembrada é a sete vezes vermelha, laranja, amarela, verde, azul, índigo e violeta de Newton, lembrada pelo mnemônico, Richard Of York Gave Battle In Vain (ROYGBIV).
Rainbows podem ser causados por muitas formas de água no ar. Estes incluem não apenas a chuva, mas também a névoa, pulverização e orvalho no ar.
Visibilidade
Arcos-íris podem ser observados sempre que houver gotas de água no ar e a luz solar brilhando por trás do observador em um ângulo de baixa altitude. Por isso, os arcos-íris geralmente são vistos no céu ocidental durante a manhã e no céu oriental durante o início da noite. As telas de arco-íris mais espetaculares ocorrem quando a metade do céu ainda está escuro com nuvens chuvosas e o observador está em um ponto com céu claro na direção do sol. O resultado é um arco-íris luminoso que contrasta com o fundo escuro. Durante essas condições de boa visibilidade, o arco-íris secundário maior, mas mais fraco, é muitas vezes visível. Aparece cerca de 10 ° fora do arco-íris primário, com uma ordem inversa de cores.
O efeito do arco-íris também é comumente visto perto de cachoeiras ou fontes. Além disso, o efeito pode ser artificialmente criado pela dispersão de gotas de água no ar durante um dia ensolarado. Raramente, um arco lunar, arco-íris lunar ou arco-íris noturno, pode ser visto em noites fortemente iluminadas pela lua. Como a percepção visual humana da cor é fraca em pouca luz, as lombas são muitas vezes percebidas como brancas.
É difícil fotografar o semicírculo completo de um arco-íris em um quadro, pois isso exigiria um ângulo de visão de 84 °. Para uma câmera de 35 mm, uma lente grande angular com uma distância focal de 19 mm ou menos seria necessária. Agora que o software para costura de várias imagens em um panorama está disponível, as imagens de todo o arco e até mesmo arcos secundários podem ser criadas com bastante facilidade a partir de uma série de quadros sobrepostos.
De cima da terra, como em um avião, às vezes é possível ver um arco-íris como um círculo completo. Esse fenômeno pode ser confundido com o fenômeno da glória, mas uma glória geralmente é muito menor, cobrindo apenas 5-20 °.
O céu dentro de um arco-íris primário é mais brilhante do que o céu fora do arco. Isso ocorre porque cada gota de chuva é uma esfera e dispersa a luz sobre um disco circular inteiro no céu. O raio do disco depende do comprimento de onda da luz, com a luz vermelha sendo espalhada por um ângulo maior do que a luz azul. Durante a maior parte do disco, a luz dispersa em todos os comprimentos de onda se sobrepõe, resultando em luz branca que ilumina o céu. Na borda, a dependência do comprimento de onda da dispersão dá origem ao arco-íris.
A luz do arco primário do arco-íris é 96% polarizada tangencial ao arco. A luz do segundo arco é polarizada a 90%.
Número de cores em espectro ou arco-íris
Um espectro obtido usando um prisma de vidro e uma fonte pontual é um contínuo de comprimentos de onda sem bandas. O número de cores que o olho humano pode distinguir em um espectro é da ordem de 100. Assim, o sistema de cores Munsell (um sistema do século 20 para descrever numericamente cores, com base em etapas iguais para a percepção visual humana) distingue 100 matizes. A aparente discreção das cores principais é um artefato da percepção humana e o número exato de cores principais é uma escolha um tanto arbitrária.
Newton, que admitiu que seus olhos não eram muito críticos em distinguir cores, originalmente (1672) dividiu o espectro em cinco cores principais: vermelho, amarelo, verde, azul e violeta. Mais tarde, ele incluiu laranja e índigo, dando sete cores principais por analogia ao número de notas em uma escala musical. Newton escolheu dividir o espectro visível em sete cores de uma crença derivada das crenças dos antigos sofistas gregos, que achavam que havia uma conexão entre as cores, as notas musicais, os objetos conhecidos no Sistema Solar e os dias de a semana.
De acordo com Isaac Asimov, “é costume listar o índigo como uma cor que fica entre o azul e o violeta, mas nunca me pareceu que o índigo valesse a dignidade de ser considerado uma cor separada. Para meus olhos, parece ser simplesmente azul profundo. ”
O padrão de cor de um arco-íris é diferente de um espectro, e as cores são menos saturadas. Há manchas espectrales em um arco-íris devido ao fato de que para qualquer comprimento de onda particular, há uma distribuição de ângulos de saída, em vez de um único ângulo invariável. Além disso, um arco-íris é uma versão borrada do arco obtido a partir de uma fonte pontual, porque o diâmetro do disco do sol (0,5 °) não pode ser negligenciado em comparação com a largura de um arco-íris (2 °). O número de bandas de cores de um arco-íris pode, portanto, ser diferente do número de bandas em um espectro, especialmente se as gotículas forem particularmente grandes ou pequenas. Portanto, o número de cores de um arco-íris é variável. Se, no entanto, a palavra arco íris é usada incorretamente para significar espectro, é o número de cores principais no espectro.
A questão de saber se todos vêem sete cores em um arco-íris está relacionada à idéia da relatividade linguística. Foram feitas sugestões de que existe uma universalidade na forma como um arco-íris é percebido. No entanto, pesquisas mais recentes sugerem que o número de cores distintas observadas e o que elas se denominam dependem do idioma que se usa com pessoas cujo idioma possui menos palavras de cor, visto menos bandas discretas de cores.
Explicação
Quando a luz solar encontra uma gota de chuva, parte da luz é refletida e o resto entra na gota de chuva. A luz é refratada na superfície da gota de chuva. Quando esta luz atinge a parte de trás da gota de chuva, parte dela é refletida pelas costas. Quando a luz refletida internamente atinge a superfície novamente, mais uma vez alguns são refletidos internamente e alguns são refratados quando ele sai da queda. (A luz que se reflete na queda, sai das costas ou continua a rebaixar dentro da queda após o segundo encontro com a superfície, não é relevante para a formação do arco-íris primário). O efeito geral é a parte do A luz entrante reflete-se no intervalo de 0 ° a 42 °, com a luz mais intensa a 42 °. Esse ângulo é independente do tamanho da queda, mas depende do seu índice de refração. A água do mar tem um índice de refração mais alto do que a água da chuva, de modo que o raio de um “arco-íris” no spray do mar é menor do que um verdadeiro arco-íris. Isso é visível a olho nu por um desalinhamento desses arcos.
A razão pela qual a luz retornando é mais intensa em cerca de 42 ° é que este é um ponto de viragem – a luz que atinge o anel mais externo da gota é retornada a menos de 42 °, assim como a luz atingindo a queda mais próxima do centro. Há uma faixa circular de luz que tudo retorna em torno de 42 °. Se o sol fosse um laser que emitem raios monocromáticos paralelos, a luminância (brilho) do arco tenderia para o infinito nesse ângulo (ignorando os efeitos de interferência). (Ver Caustica (óptica).) Mas, como a luminância do sol é finita e seus raios não são todos paralelos (abrange cerca de meio grau do céu) a luminância não vai ao infinito. Além disso, a quantidade pela qual a luz é refratada depende do seu comprimento de onda e, portanto, da sua cor. Esse efeito é chamado de dispersão. A luz azul (comprimento de onda mais curto) é refratada em um ângulo maior do que a luz vermelha, mas devido ao reflexo de raios de luz da parte de trás da gota, a luz azul emerge da gota em um ângulo menor ao raio de luz branco incidente original do que a luz vermelha. Devido a esse ângulo, o azul é visto no interior do arco do arco-íris primário e vermelho no exterior. O resultado disso não é apenas dar cores diferentes a diferentes partes do arco-íris, mas também diminuir o brilho. (Um “arco-íris” formado por gotas de um líquido sem dispersão seria branco, mas mais brilhante do que um arco-íris normal).
A luz na parte de trás da gota de chuva não sofre reflexão interna total, e alguma luz surge das costas. No entanto, a luz que sai pela parte traseira da gota de chuva não cria um arco-íris entre o observador e o sol porque os espectros emitidos pela parte traseira da gota de chuva não têm o máximo de intensidade, como fazem os outros arco-íris visíveis, e assim as cores se misturam juntos em vez de formar um arco-íris.
Um arco-íris não existe em um determinado local. Existem muitos arco-íris; no entanto, apenas um pode ser visto dependendo do ponto de vista do observador particular como gotículas de luz iluminadas pelo sol. Todos os pingos de chuva refratam e refletem a luz do sol da mesma maneira, mas apenas a luz de alguns pingos atinge o olho do observador. Esta luz é o que constitui o arco-íris para aquele observador. Todo o sistema composto pelos raios do sol, a cabeça do observador e as gotas de água (esféricas) tem uma simetria axial em torno do eixo através da cabeça do observador e paralela aos raios do sol. O arco-íris é curvado porque o conjunto de todos os pingos de chuva que têm o ângulo reto entre o observador, a gota e o sol, fica em um cone apontando para o sol com o observador na ponta. A base do cone forma um círculo em um ângulo de 40-42 ° para a linha entre a cabeça do observador e sua sombra, mas 50% ou mais do círculo está abaixo do horizonte, a menos que o observador esteja suficientemente acima da superfície da Terra para veja tudo, por exemplo, em um avião (veja acima). Alternativamente, um observador com o ponto de vista certo pode ver o círculo completo em uma fonte ou spray de cachoeira.
Derivação matemática
Podemos determinar o ângulo percebido que o arco-íris se submete da seguinte maneira.
Dada uma gota de chuva esférica e definindo o ângulo percebido do arco-íris como 2φ e o ângulo da reflexão interna como 2β, então o ângulo de incidência dos raios do sol em relação à superfície normal da gota é 2β – φ. Como o ângulo de refração é β, a lei de Snell nos dá
sin (2β – φ) = n sen β,
onde n = 1.333 é o índice de refração da água. Resolvendo para φ, nós obtemos
φ = 2β – arcsin (n sen β).
O arco-íris ocorrerá onde o ângulo φ é máximo em relação ao ângulo β. Portanto, a partir do cálculo, podemos definir dφ / dβ = 0, e resolver para β, que produz
Substituindo de volta para a equação anterior para φ produz 2φmax ≈ 42 ° como o ângulo do raio do arco-íris.
Variações
Múltiplos arco-íris
Os arcos-íris secundários são causados por um duplo reflexo da luz solar dentro dos pingos de chuva e estão centrados no próprio sol. São cerca de 127 ° (violeta) a 130 ° (vermelho) de largura. Uma vez que isso é mais de 90 °, eles são vistos no mesmo lado do céu que o arco-íris primário, cerca de 10 ° acima dele em ângulos aparentes de 50-53 °. Como resultado do “interior” do arco secundário estar “para cima” para o observador, as cores aparecem invertidas em comparação com o arco primário. O arco-íris secundário é mais fraco do que o primário porque mais luz escapa de duas reflexões em comparação com uma e porque o arco-íris em si está espalhado por uma maior área do céu. Cada arco-íris reflete luz branca dentro de suas faixas coloridas, mas isso é “baixo” para o primário e “para cima” para o secundário. A área escura do céu não iluminado que se encontra entre os arcos primário e secundário é chamada de banda de Alexandre, depois de Alexandre de Aphrodisias, que a descreveu pela primeira vez.
Arco-íris gemado
Ao contrário de um arco-íris duplo que consiste em dois arcos do arco-íris separados e concêntricos, o arco-íris gemado muito raro aparece como dois arcos do arco-íris que se dividem em uma única base. As cores no segundo arco, ao invés de reverter como em um arco-íris secundário, aparecem na mesma ordem que o arco-íris primário. Um arco-íris secundário “normal” também pode estar presente. Os arco-íris Twinned podem parecer semelhantes, mas não devem ser confundidos com bandas supernumerárias. Os dois fenômenos podem ser separados pela sua diferença no perfil de cores: as bandas supernumerárias consistem em tons pastel discretos (principalmente rosa, roxo e verde), enquanto o arco-íris geminado mostra o mesmo espectro que um arco-íris regular. A causa de um arco-íris geminado é a combinação de diferentes tamanhos de gotas de água caindo do céu. Devido à resistência do ar, os pingos de chuva aplainam à medida que caem e o achatamento é mais proeminente nas gotas de água maiores. Quando dois chuveiros com gotas de chuva de diferentes tamanhos combinam, cada um deles produz um arco-íris ligeiramente diferente que pode combinar e formar um arco-íris geminado. Um estudo de rastreamento de raios numéricos mostrou que um arco-íris geminado em uma foto poderia ser explicado por uma mistura de gotículas de 0,40 e 0,45 mm. Essa pequena diferença no tamanho das gotas resultou em uma pequena diferença no achatamento da forma de gotícula e uma grande diferença no achatamento do arco-íris.
Enquanto isso, o caso ainda mais raro de um arco-íris dividido em três ramos foi observado e fotografado na natureza.
Arco-íris de círculo completo
Em teoria, cada arco-íris é um círculo, mas do solo, apenas sua metade superior pode ser vista. Uma vez que o centro do arco-íris é diametralmente oposto à posição do sol no céu, mais do círculo aparece quando o sol se aproxima do horizonte, o que significa que a maior seção do círculo normalmente visto é de cerca de 50% durante o pôr-do-sol ou nascer do sol. Ver a metade inferior do arco-íris requer a presença de gotículas de água abaixo do horizonte do observador, bem como a luz solar que é capaz de alcançá-los. Esses requisitos geralmente não são atendidos quando o visualizador está no nível do solo, quer porque as gotas estão ausentes na posição desejada, ou porque a luz solar está obstruída pela paisagem atrás do observador. De um ponto de vista alto, como um edifício alto ou uma aeronave, no entanto, os requisitos podem ser atendidos e o arco-íris de círculo completo pode ser visto. Como um arco-íris parcial, o arco-íris circular pode ter um arco secundário ou arcos supernumerários também. É possível produzir o círculo completo quando está parado no chão, por exemplo pulverizando uma névoa de água de uma mangueira de jardim enquanto se afasta do sol.
Um arco-íris circular não deve ser confundido com a glória, que é muito menor em diâmetro e é criada por diferentes processos ópticos. Nas circunstâncias certas, uma glória e uma arco (circular) de arco-íris ou de nevoeiro podem ocorrer em conjunto. Outro fenômeno atmosférico que pode ser confundido com um “arco-íris circular” é o halo de 22 °, que é causado por cristais de gelo em vez de gotas de água líquidas, e está localizado ao redor do sol (ou lua), não oposto a ele.
Arcos-íris supernumerários
Em certas circunstâncias, uma ou várias bandas estreitas, levemente coloridas, podem ser vistas na fronteira violeta de um arco-íris; ou seja, dentro do arco primário ou, muito mais raramente, fora do secundário. Essas bandas extras são chamadas de arco-íris supernumerários ou bandas supernumerárias; juntamente com o próprio arco-íris, o fenômeno também é conhecido como um arco-íris empilhador. Os arcos supernumerários são ligeiramente destacados do arco principal, tornam-se sucessivamente mais fracos, juntamente com a distância deles, e têm cores pastel (consistindo principalmente de tons rosa, roxos e verdes) em vez do padrão de espectro usual. O efeito torna-se evidente quando estão envolvidas gotas de água que têm um diâmetro de cerca de 1 mm ou menos; quanto menor forem as gotículas, mais amplas as bandas supranumerárias, e as cores menos saturadas. Devido à sua origem em pequenas gotículas, as bandas supranumerárias tendem a ser particularmente proeminentes em fogbows.
Os arco-íris supernumerários não podem ser explicados usando a ótica geométrica clássica. As bandas fracas alternadas são causadas por interferência entre raios de luz seguindo caminhos ligeiramente diferentes com comprimentos ligeiramente variáveis dentro dos pingos de chuva. Alguns raios estão em fase, reforçando-se mutuamente através de interferências construtivas, criando uma banda brilhante; outros estão fora de fase até meio comprimento de onda, cancelando-se mutuamente através de interferências destrutivas e criando uma lacuna. Dado os diferentes ângulos de refração para raios de cores diferentes, os padrões de interferência são ligeiramente diferentes para raios de cores diferentes, de modo que cada banda brilhante é diferenciada em cores, criando um arco-íris em miniatura. Os arco-íris supernumerários são mais claros quando as gotas de chuva são pequenas e de tamanho uniforme. A própria existência de arcos-íris supernumerários foi historicamente uma primeira indicação da natureza ondulatória da luz, e a primeira explicação foi fornecida por Thomas Young em 1804.
Arco-íris refletido, arco-íris de reflexão
Quando um arco-íris aparece acima de um corpo de água, dois arcos de espelho complementares podem ser vistos abaixo e acima do horizonte, provenientes de diferentes caminhos de luz. Os nomes são ligeiramente diferentes.
Um arco-íris refletido pode aparecer na superfície da água abaixo do horizonte. A luz solar é primeiro desviada pelos pingos de chuva, e depois refletiu sobre o corpo de água, antes de chegar ao observador. O arco-íris refletido é freqüentemente visível, pelo menos parcialmente, mesmo em pequenas poças de água.
Um arco-íris de reflexão pode ser produzido onde a luz solar se reflete em um corpo de água antes de atingir os pingos de chuva (veja o diagrama e), se o corpo de água é grande, silencioso em toda a superfície e perto da cortina de chuva. O arco-íris de reflexão aparece acima do horizonte. Ele cruza o arco-íris normal no horizonte, e seu arco atinge mais alto no céu, com seu centro tão alto acima do horizonte como o centro do arco-íris normal está abaixo dele. Devido à combinação de requisitos, um arco-íris de reflexão raramente é visível.
Podem distinguir até oito arcos separados se os arcos-íris refletidos e de reflexão ocorrerem simultaneamente: os arcos primários e secundários normais (sem reflexão) acima do horizonte com suas contrapartes refletidas abaixo dele e os arcos primários e secundários de reflexão acima do horizonte com suas homólogas refletidas abaixo.
Arco íris monocromático
Ocasionalmente, um banho pode acontecer ao nascer ou ao pôr-do-sol, onde os comprimentos de onda mais curtos como azul e verde foram espalhados e essencialmente removidos do espectro. Podem ocorrer espalhamentos adicionais devido à chuva, e o resultado pode ser o arco-íris monocromático ou vermelho redondos e dramáticos.
Arcos-íris de ordem superior
Além dos arco-íris primários e secundários comuns, também é possível formar arco-íris de ordens superiores. A ordem de um arco-íris é determinada pelo número de reflexões de luz dentro das gotas de água que o criam: uma reflexão resulta no arco-íris de primeira ordem ou primário; Duas reflexões criam arco-íris de segunda ordem ou secundário. Mais reflexões internas causam arcos de ordens superiores – teoricamente até o infinito. À medida que mais e mais luz se perde com cada reflexão interna, no entanto, cada arco subsequente torna-se progressivamente mais fraco e, portanto, cada vez mais difícil de detectar. Um desafio adicional na observação dos arco-íris de terceira ordem (ou terciária) e quarta ordem (quaternária) é a sua localização na direção do sol (cerca de 40 ° e 45 ° do sol, respectivamente), fazendo com que eles se afogam Seu brilho.
Por estas razões, os arco-íris que ocorrem naturalmente de uma ordem superior a 2 raramente são visíveis a olho nu. No entanto, os avistamentos do arco de terceira ordem na natureza foram relatados, e em 2011 foi fotografado definitivamente pela primeira vez. Pouco depois, o arco-íris da quarta ordem também foi fotografado, e em 2014 foram publicadas as primeiras imagens do arco-íris de quinto fim (ou quinary), localizado entre os arcos primário e secundário.
Em um ambiente de laboratório, é possível criar arcos de pedidos muito superiores. Felix Billet (1808-1882) retratou posições angulares até o arco-íris da 19ª ordem, um padrão que ele chamou de “rosa de arco-íris”. No laboratório, é possível observar arco-íris de ordem superior usando luz extremamente brilhante e bem colimada produzida por lasers. Até o arco-íris da ordem 200 foi relatado por Ng et al. em 1998 usando um método semelhante, mas um raio laser de íon de argônio.
Os arcos-íris terciários e quaternários não devem ser confundidos com os arcos-íris “triplos” e “quádruplos” – termos, às vezes, usados erroneamente para se referir aos argolas supernumerárias muito comuns e arco-íris de reflexão.
Arcos-íris sob luz da lua
Como a maioria dos fenômenos ópticos atmosféricos, os arco-íris podem ser causados pela luz do Sol, mas também pela Lua. No caso deste último, o arco-íris é chamado de arco-íris lunar ou moonbow. Eles são muito mais escuros e raros do que os arcos-íris solares, exigindo que a Lua esteja quase cheia para que possam ser vistos. Pelo mesmo motivo, lua-lombar é muitas vezes percebida como branca e pode ser pensada como monocromática. O espectro completo está presente, no entanto, mas o olho humano não é normalmente sensível o suficiente para ver as cores. As fotografias de exposição longa às vezes mostram a cor neste tipo de arco-íris.
Fogbow
As formas são da mesma forma que os arco-íris, mas são formadas por gotas de nuvens e neblinas muito menores que difratam intensamente a luz. Eles são quase brancos com vermelhos fracos do lado de fora e azuis dentro; muitas vezes uma ou mais bandas supernumerárias amplas podem ser discernidas dentro da borda interna. As cores são fracas porque o arco em cada cor é muito largo e as cores se sobrepõem. Fogbows são comumente vistos sobre a água quando o ar em contato com a água do refrigerador é gelado, mas eles podem ser encontrados em qualquer lugar, se o nevoeiro é suficientemente fino para o sol brilhar e o sol é bastante brilhante. Eles são muito grandes – quase tão grandes como um arco-íris e muito mais amplos. Às vezes aparecem com uma glória no centro do arco.
Os arcos de neblina não devem ser confundidos com halos de gelo, que são muito comuns em todo o mundo e visíveis muito mais frequentemente do que os arco-íris (de qualquer ordem), mas não estão relacionados aos arco-íris.
Arcos circulares horizontais e circumzenithal
Os arcos circumzenithal e circumhorizontal são dois fenômenos ópticos relacionados semelhantes em aparência a um arco-íris, mas ao contrário do último, sua origem reside na refração da luz através de cristais de gelo hexagonais em vez de gotas de água líquidas. Isso significa que eles não são arco-íris, mas membros da grande família de halos.
Ambos os arcos são segmentos de anel de cores vivas centradas no zênite, mas em diferentes posições no céu: o arco circunzenithal é notavelmente curvo e localizado acima do Sol (ou Lua) com seu lado convexo apontando para baixo (criando a impressão de um “lado positivo baixo arco-íris “); o arco circumhorizontal corre muito mais perto do horizonte, é mais direto e localizado a uma distância significativa abaixo do Sol (ou Lua). Ambos os arcos têm seu lado vermelho apontando para o sol e sua parte violeta longe dele, o que significa que o arco circunzenithal é vermelho no fundo, enquanto o arco circumhorizontal é vermelho em cima.
O arco circumhorizontal às vezes é referido pelo próprio “arco-íris de fogo”. Para vê-lo, o Sol ou a Lua devem estar pelo menos 58 ° acima do horizonte, tornando-se uma ocorrência rara em latitudes mais altas. O arco circumzenithal, visível somente em uma elevação solar ou lunar de menos de 32 °, é muito mais comum, mas muitas vezes perdeu, uma vez que ocorre quase diretamente sobre a cabeça.
Rainbows on Titan
Sugeriu-se que arcos-íris possam existir no Titan da lua de Saturno, pois tem uma superfície úmida e nuvens úmidas. O raio de um arco-íris de Titã seria cerca de 49 ° em vez de 42 °, porque o fluido nesse ambiente frio é o metano em vez da água. Embora os arcos-íris visíveis possam ser raros devido aos céus nebulosos de Titã, os arcos-íris infravermelhos podem ser mais comuns, mas um observador precisaria de óculos de visão noturna infravermelha para vê-los.
Arcos-íris com diferentes materiais
As gotas (ou esferas) compostas por materiais com diferentes índices de refração que a água pura produzem arcos-íris com diferentes ângulos de raio. Uma vez que a água salgada tem um índice de refração mais alto, um arco de pulverização do mar não se alinha perfeitamente com o arco-íris comum, se visto no mesmo ponto. Pequenos mármores de plástico ou de vidro podem ser usados na marcação rodoviária como refletores para aumentar sua visibilidade pelos motoristas durante a noite. Devido a um índice de refração muito maior, os arco-íris observados em tais mármores têm um raio visivelmente menor. Pode-se facilmente reproduzir esses fenômenos, polvilhando líquidos de diferentes índices de refração no ar, conforme ilustrado na foto.
O deslocamento do arco-íris devido a diferentes índices de refração pode ser empurrado para um limite peculiar. Para um material com um índice de refração maior do que 2, não há ângulo que satisfaça os requisitos para o arco-íris de primeira ordem. Por exemplo, o índice de refração do diamante é de cerca de 2,4, então as esferas de diamantes produzem arco-íris a partir da segunda ordem, omitido a primeira ordem. Em geral, como o índice de refração excede um número n + 1, onde n é um número natural, o ângulo de incidência crítica para n vezes os raios refletidos internamente escapa ao domínio 
Experimentos
As experiências no fenômeno do arco-íris usando pingos de chuva artificiais, ou seja, frascos esféricos cheios de água, remontam pelo menos a Theodoric de Freiberg no século 14. Mais tarde, também Descartes estudou o fenômeno usando um frasco de Florença. Um experimento de frasco conhecido como arco-íris de Florença ainda é usado hoje em dia como um experimento de demonstração impressionante e intuitivamente acessível do fenômeno do arco-íris. Consiste em iluminar (com luz branca paralela) um balão esférico cheio de água através de um orifício em uma tela. Um arco-íris aparecerá novamente para trás / projetado na tela, desde que a tela seja grande o suficiente. Devido à espessura da parede finita e ao caráter macroscópico da gota de chuva artificial, existem várias diferenças sutis em relação ao fenômeno natural, incluindo ângulos do arco-íris ligeiramente alterados e uma divisão das ordens do arco-íris.
Uma experiência muito similar consiste em usar um recipiente de vidro cilíndrico cheio de água ou um cilindro transparente sólido e iluminado paralelamente à base circular (ou seja, os raios de luz permanecem a uma altura fixa enquanto transitam pelo cilindro) ou sob um ângulo em relação à base. Sob estas últimas condições, os ângulos do arco-íris mudam em relação ao fenômeno natural desde o índice efetivo de refração das mudanças de água (o índice de refração de Bravais para raios inclinados se aplica).
Outras experiências usam pequenas gotas de líquidos, veja o texto acima.
Cultura
Os arcos-íris ocorrem freqüentemente na mitologia, e foram usados nas artes. Uma das primeiras ocorrências literárias de um arco-íris está no Capítulo 9 do Livro de Gênesis, como parte da história da inundação de Noé, onde é um sinal da aliança de Deus para nunca destruir toda a vida na Terra com um dilúvio global de novo. Na mitologia nórdica, a ponte do arco-íris Bifröst conecta o mundo dos homens (Midgard) e o reino dos deuses (Asgard). Cuchavira era o deus do arco-íris para a Muisca na atual Colômbia e quando as chuvas regulares na savana de Bogotá acabaram, as pessoas agradeceram oferecendo ouro, caracóis e pequenas esmeraldas. O esconderijo secreto do leprechaun irlandês para a sua pote de ouro geralmente é dito no final do arco-íris. Este lugar é apropriadamente impossível de alcançar, porque o arco-íris é um efeito óptico que não pode ser abordado.
Os arcos-íris às vezes também aparecem na heráldica, mesmo que sua característica de múltiplas cores não se encaixe no estilo heráldico usual.
As bandeiras de arco-íris foram usadas há séculos. Foi um símbolo do movimento cooperativo na Guerra dos camponeses alemães no século 16, da paz na Itália e do orgulho gay e dos movimentos sociais LGBT desde a década de 1970. Em 1994, o arcebispo Desmond Tutu e o presidente Nelson Mandela descreveram o recém-democrático pós-apartheid da África do Sul como a nação arco íris. O arco-íris já foi usado em logotipos de produtos de tecnologia, incluindo o logotipo do computador da Apple. Muitas alianças políticas abrangendo múltiplos partidos políticos se chamaram de “Rainbow Coalition”.