Радуга

Радуга – всем известное оптическое явление в атмосфере; наблюдается, когда солнце освещает пелену падающего дождя и наблюдатель находится между солнцем и дождем. Явление это представляется в виде одной, реже – двух концентрических светлых дуг, рисующихся на небосводе со стороны падающего дождя и окрашенных концентрически в ряд «радужных» цветов. Внутренняя, наиболее часто видимая дуга окрашена с наружного края в красный цвет, с внутреннего – в фиолетовый; между ними в обычном порядке солнечного спектра лежать цвета: (красный), оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый. Вторая, реже наблюдаемая дуга лежит над первой, окрашена обыкновенно более слабо и порядок расположения цветов в ней обратный. Часть небосвода внутри первой дуги кажется обыкновенно очень светлой, часть небосвода над второй дугой кажется менее светлой, кольцевое же пространство между дугами кажется темным. Иногда, кроме этих двух главных Р., наблюдаются еще дополнительные Р., представляющие слабые цветные размытые полосы, окаймляющие верхнюю часть внутреннего края первой радуги и реже верхнюю часть внешнего края второй Р. Иногда, очень редко, Р. наблюдается в тех же условиях и при освещении дождевой тучи луною. Тоже явление Р. замечается иногда и при освещении солнцем водяной пыли, носящейся в воздухе вблизи фонтана или водопада. Когда солнце закрыто легкими облаками – первая Р. кажется иногда совершенно не окрашенной и представляется в виде белесоватой дуги, более светлой, чем фон небосвода; такую Р. называют белой. Наблюдения явления Р. показали, что дуги ее представляют правильные части кругов, центр которых лежит всегда на линии, проходящей через голову наблюдателя и солнце; так как таким образом центр Р. при высоко стоящем солнце лежит ниже горизонта, то наблюдатель видит лишь небольшую часть дуги Р.; при закате и восходе солнца, когда солнце на горизонте, Р. представляется в виде полдуги окружности. С вершины очень высоких гор, с воздушного шара можно увидеть Р. и в виде большей части дуги окружности, так как при этих условиях центр Р. расположен над видимым горизонтом. Наблюдения над Р. показали, что угол, образуемый двумя линиями, мысленно проведенными из глаз наблюдателя к центру дуги Р. и к ее окружности, или угловой радиус Р. есть величина приблизительно постоянная и равная для первой радуги около 41°, для второй – 52°. Элементарное объяснение явления Р. дано было еще в 1611 г. А. деДомини в его сочинении «De Radiis Visus et Lucis», развито затем Декартом («Les meteores», 1637) и вполне разработано Ньютоном в его «Оптике» (1750). Согласно этому объяснены, явление Р. происходить вследствие преломления и полного внутреннего отражения солнечных лучей в каплях дождя. Если на шаровую каплю жидкости упадет луч, то он, претерпев преломление по направлению, может отразиться от задней поверхности капли по направлению и выйти, снова преломившись, по направлению. Луч, иначе упавший на каплю, может, однако, в точке второй раз отразиться по и выйти, преломившись. по направлению. Если на каплю упадет не один луч, но целый пучок параллельных лучей, то, как доказывается в оптике, все лучи, претерпевшие одно внутреннее отражение в капле воды, выйдут из капли в виде расходящегося конуса лучей, ось которого расположена по направлению падающих лучей (в действительности пучок выходящих из капли лучей не представляет правильного конуса, и даже все составляющие его лучи не пересекаются в одной точке; только для простоты па следующих чертежах эти пучки приняты за правильные конусы с вершиной в центре капли.). Угол отверстия конуса зависит от коэффициента преломления жидкости, а так как коэффициент преломления для лучей различного цвета (различной длины волны), составляющих белый солнечный луч, неодинаков, то и угол отверстия конуса будет различный для лучей разного цвета, именно для фиолетовых будет меньше, чем для красных. Вследствие этого конус будет окаймлен цветным радужным краем, красным извне, фиолетовым внутри, при чем, если капля водяная, то половина углового отверстия конуса для красного цвета будет около 42°, для фиолетового 40,5°. Исследование распределения света внутри конуса показывает, что почти весь свет сосредоточен в этой цветной кайме конуса и чрезвычайно слаб в центральных частях его; таким образом мы можем рассматривать лишь яркую цветную оболочку конуса, так как все внутренние лучи его слишком слабы, чтобы быть восприняты зрением. Подобное же исследование лучей, дважды отразившихся в капле воды, покажет нам, что они выйдут такой же конической радужной оболочкой, но красной с внутреннего края, фиолетовой с внешнего, при чем для водяной капли половина углового отверстия второго конуса будет равна 50° для красного и 54° для фиолетового края.

Миллер, Пульфрих, Билье и друг. изучали искусственные Р., получаемые при наблюдении отражения и преломления света в цилиндрической струе воды, освещаемой источником, помешенным за наблюдателем, и при этих условиях могли заметить Р. до 19 порядка; измеренные ими угловые радиусы Р. весьма близки к предсказываемым теорией. Изложенная элементарная теория Р. должна, однако, рассматриваться лишь, как первое приближение к истинной теории Р., так как она не выясняет появления дополнительных Р. и так как предсказываемые ею угловые радиусы Р. несколько больше наблюдаемых (наблюдались первые Р. с углами от 38° до 40°). Юнг, Поттер и затем в особенности Эри (1838 – 48) разработали более совершенную теорию Р., основанную на рассмотрении явлений дифракции при преломлении и отражении света в каплях воды. Эта теория, весьма сложная и не поддающаяся элементарному изложению, вполне объясняет все особенности Р., а также появление дополнительных Р. Согласно этой теории, угловые радиусы дополнительных Р. зависят от величины капель, и эти Р. тем виднее, чем капли меньше. Так как дождевые капли увеличиваются по мере приближения к земле, то дополнительные Р. могут быть хорошо видимы лишь при преломлении и отражении света в высоко расположенных сдоях дождевой пелены, т. е. при небольшой высоте солнца и только у верхних частей первой и второй Р. Полная теория бедой Р. дана была Пертнером в 1897 г. Часто возбуждался вопрос о том, видят ли различные наблюдатели одну и ту же Р., и представляет ли Р., видимая в тихом зеркале большого водного резервуара, отражение непосредственно наблюдаемой Р. Элементарная теория Р. очевидно указывает, что различные наблюдатели видят Р. образованные различными каплями дождя, т. е. разные Р., и что кажущееся отражение радуги есть та Р., которую видел бы наблюдатель, помещенный под отражающей поверхностью, на таком расстоянии от ее вниз, на каком он находится над нею. Наблюдавшиеся в редких случаях, в особенности на море, пересекающиеся эксцентричные Р. объясняются отражением света от водной поверхности за спиной наблюдателя, и появлением, таким образом, двух источников света (солнца и отражения его), дающих каждый свою Р. Подроб. см. Airy, «Transactions of the Cambridge Philosophical Society» (т. VI, 1838); Perntner, «Sitzungsb. d. Wiener Akademie» (т. 106, 1897), а также Mascart, «Traite d'Oplique» (т. 1, стр. 382 – 405).

А. Гершун.