• Το ουράνιο τόξο είναι ένα οπτικό φαινόμενο

• Δημιουργείται από τη διάθλαση (refraction) και την αντανάκλαση (reflection) του φωτός στα σταγονίδια του νερού.

• Για να συμβεί αυτό πρέπει να έχουμε βροχή και ήλιο μαζί. Ο ήλιος πρέπει να βρίσκεται πίσω από εμάς και οι σταγόνες βροχής μπροστά μας

• Είναι μια δέσμη φωτός που περιέχει και τα 7 χρώματα του ηλιακού φάσματος και έχει σχήμα τόξου.

• Ανάλογα με τη θέση μας ή το πόσο ψηλά είναι ο ήλιος, μπορούμε να δούμε ένα τμήμα ή όλο το τόξο στον ορίζοντα. Σε περίπτωση που κάποιος βρίσκεται στην κορυφή ενός βουνού ή σε ένα ψηλό κτίριο μπορεί να δει και ολόκληρο τον κύκλο.

Πώς σχηματίζεται το ουράνιο τόξο;

Οι ιδιότητες του φωτός και ο τρόπος που αντιδρά όταν περνά μέσα από τις σταγόνες βροχής δημιουργούν ένα από τα πιο εντυπωσιακά και πολύχρωμα φαινόμενα – το ουράνιο τόξο.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τον τρόπο που το φως του ήλιου συμπεριφέρεται όταν περνά μέσα από μια σταγόνα νερού:

Σχήμα 1. Αντίδραση φωτός όταν διαπερνά μια σταγόνα βροχής

Πηγή: www.metoffice.gov.uk                      

Το σφαιρικό σχήμα των σταγόνων παρέχει τις κατάλληλες προϋποθέσεις για τον σχηματισμό του ουράνιου τόξου.

Επειδή το νερό είναι πυκνότερο από τον αέρα, το φως περνά από τον αέρα στη σταγόνα πιο αργά, σχηματίζοντας μια γωνία και στη συνέχεια αλλάζει κατεύθυνση, δηλαδή διαθλάται (refraction). Κατόπιν το φως αντανακλάται εσωτερικά (internal reflection) στο πίσω μέρος της σταγόνας και διαθλάται ξανά στο μπροστινό μέρος της καθώς εξέρχεται από αυτή, επιστρέφοντας από το νερό στον αέρα (σχήμα 1).

Μια δέσμη φωτός δεν είναι λευκή αλλά αποτελείται από 7 διαφορετικά χρώματα: Κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και βιολετί.

Καθένα από αυτά έχει και διαφορετικό μήκος κύματος. Η διεύθυνση των χρωμάτων με μικρότερο μήκος κύματος όπως του μπλε και του βιολετί, είναι διαφορετική από αυτή που έχουν τα χρώματα με το μεγαλύτερο μήκος κύματος όπως είναι το κόκκινο. Τα 7 διαφορετικά χρώματα εξέρχονται από την σταγόνα βροχής με μια γωνία γύρω στις 2 μοίρες μεταξύ του κόκκινου και του βιολετί, γεγονός που εξηγεί και το τοξοειδές σχήμα του φαινομένου. Ο παρατηρητής λοιπόν βλέπει συγκεκριμένα χρώματα πιο καθαρά, με το κόκκινο χρώμα πρώτο (υψηλότερα στην ατμόσφαιρα) και το βιολετί  τελευταίο (σχήμα 2).

Προϋποθέσεις για το σχηματισμό ενός ουράνιου τόξου

Η θέση του ήλιου και των σταγόνων βροχής σε σχέση με έναν παρατηρητή πρέπει να είναι οι εξής (σχήμα 2):

• Ο ήλιος πρέπει να είναι πίσω από τον παρατηρητή

• Ο ήλιος πρέπει να βρίσκεται χαμηλά στον ουρανό, σε μια γωνία λιγότερο από 42° πάνω από τον ορίζοντα. Κάτι τέτοιο είναι αδύνατο να γίνει αν ο ήλιος είναι πολύ ψηλά στον ουρανό. Γι αυτό όσο πιο χαμηλά βρίσκεται ο ήλιος τόσο μεγαλύτερο μέρος του τόξου θα δει ο παρατηρητής.

• Η βροχή ή μια άλλη πηγή σταγόνων νερού όπως ένας καταρράκτης ή ακόμα και η ομίχλη, θα πρέπει να βρίσκονται μπροστά από τον παρατηρητή.

Σχήμα 2. Θέση παρατηρητή σε σχέση με το ουράνιο τόξο

Πηγή: www.metoffice.gov.uk                      

Τι είναι το διπλό ή τριπλό ουράνιο τόξο;

Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες ένα δεύτερο πολύ πιο αμυδρό τόξο μπορεί να εμφανιστεί εξωτερικά από το πρώτο ουράνιο τόξο και να δημιουργήσει ένα εντυπωσιακό θέαμα: Το διπλό ουράνιο τόξο!

Πώς σχηματίζονται τα διπλά ουράνια τόξα;

• Ένα διπλό ή και τριπλό ουράνιο τόξο σχηματίζεται, όταν το φως αντανακλάται μέσα σε μια σταγόνα δύο ή τρείς φορές αντίστοιχα και χωρίζεται στα συστατικά του χρώματα.

• Ωστόσο η σειρά των χρωμάτων στο δευτερεύων ουράνιο τόξο είναι αντεστραμμένη. Έτσι ο παρατηρητής βλέπει πρώτα το βιολετί χρώμα και τελευταίο το κόκκινο, ενώ το δεύτερο ουράνιο τόξο εμφανίζεται περίπου 10 μοίρες πάνω από το πρώτο.

• Τα χρώματα στο δεύτερο ουράνιο τόξο είναι πιο εξασθενημένα, επειδή περισσότερο φως διαφεύγει μετά από δύο αντανακλάσεις από ότι διαφεύγει από μια. Επίσης το δευτερεύων ουράνιο τόξο διασκορπίζεται σε μεγαλύτερη έκταση στον ουρανό. Είναι σχεδόν δυο φορές φαρδύτερο από το πρωτεύων ουράνιο τόξο.

• Ανάμεσα στα δύο ουράνια τόξα υπάρχει μια σκοτεινή ζώνη, γνωστή ως <<ζώνη του Μεγάλου Αλεξάνδρου>> ( Alexander’s band). Η ζώνη αυτή δημιουργείται γιατί το φως ανάμεσα στο πρώτο και το δεύτερο ουράνιο τόξο, δεν διασκορπίζεται καθόλου από τις σταγόνες της βροχής και έτσι ο παρατηρητής βλέπει ένα κομμάτι σκοτεινού ουρανού.  

Πηγή: www.metoffice.gov.uk                      

Τι είναι το κυκλικό ουράνιο τόξο (full circle rainbow);

Συνήθως μπορούμε να δούμε το ένα ημικύκλιο του ουράνιου τόξου αφού το άλλο μισό καλύπτεται πίσω από τον ορίζοντα (διακόπτεται από το έδαφος). Κι όμως υπάρχουν περιπτώσεις που ένας παρατηρητής μπορεί να θαυμάσει ολόκληρο τον πολύχρωμο κύκλο του ουράνιου τόξου.

Το κέντρο του κύκλου του ουράνιου τόξου βρίσκεται ακριβώς αντίθετα από τη θέση του ήλιου στον ουρανό. Γι αυτό τον λόγο όσο ο ήλιος πλησιάζει τον ορίζοντα ( όταν ανατέλλει ή δύει), βλέπουμε και το μεγαλύτερο κομμάτι του ουράνιου τόξου που είναι ένα ημικύκλιο.

Για να μπορέσουμε να δούμε ολόκληρο τον κύκλο θα πρέπει να βρισκόμαστε τόσο ψηλά ώστε οι σταγόνες της βροχής να είναι κάτω από εμάς και βέβαια οι ακτίνες του ήλιου από πίσω μας.

Αν ένας παρατηρητής βρίσκεται σε ένα πολύ ψηλό κτήριο ή στην κορυφή ενός βουνού ή σε ένα αεροπλάνο, και η βροχή και ο ήλιος βρίσκονται κάτω από σημείο παρατήρησής του, τότε μπορεί να δει το ουράνιο τόξο στην πλήρη μορφή του.

Πηγή: www.metoffice.gov.uk                      

 Τι είναι το νυχτερινό ουράνιο τόξο;

Αν και τα περισσότερα ουράνια τόξα εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της ημέρας, υπάρχει και η σπάνια περίπτωση των νυχτερινών ουράνιων τόξων. 

Το φως του φεγγαριού περνάει από τις σταγόνες βροχής ακριβώς με τον ίδιο τρόπο που περνάει και το ηλιακό φως, δημιουργώντας ένα τόξο που όμως είναι πολύ πιο εξασθενημένο και συνήθως φαίνεται στο ανθρώπινο μάτι ως μια λευκή γραμμή.

Πώς σχηματίζονται τα νυχτερινά ουράνια τόξα;

Τα νυχτερινά ουράνια τόξα σχηματίζονται όταν το φως από το φεγγάρι διαθλάται και αντανακλάται καθώς διαπερνά τις σταγόνες βροχής ή το σπρέι ενός καταρράκτη, όπως ακριβώς συμβαίνει και με τα ημερήσια ουράνια τόξα.

Για να συμβεί αυτό θα πρέπει να ισχύουν οι εξής προϋποθέσεις:

• Να έχουμε πανσέληνο ή πολύ κοντά στη φάση της πανσέληνου.

• Το φεγγάρι να είναι χαμηλά στον ουρανό ( λιγότερο από 42 μοίρες).

• Ο ουρανός να είναι πολύ σκοτεινός.

• Η βροχή να πέφτει αντίθετα από το φεγγάρι.

• Ο παρατηρητής να έχει το φεγγάρι πίσω του, όπως και με το συνηθισμένο ουράνιο τόξο.

Η καλύτερη στιγμή για να δει κανείς ένα νυχτερινό ουράνιο τόξο είναι περίπου δύο ώρες μετά το ηλιοβασίλεμα ή πριν την ανατολή του ήλιου.

Υπάρχουν κάποια μέρη στον κόσμο όπως η Χαβάη όπου μπορεί κανείς να δει συχνά νυχτερινά ουράνια τόξα.

Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, ένα νυχτερινό ουράνιο τόξο μπορεί επίσης να σχηματιστεί και από το σπρέι που σηκώνει ένας καταρράκτης.

Πηγή: www.pathfinder.gr

Ουράνιο τόξο ομίχλης (Fogbow)

Πηγή: Ebod.usra.edu (Tibetan Fogbow)

Τι είναι το ουράνιο τόξο ομίχλης (fogbow);

Ένα ουράνιο τόξο ομίχλης δημιουργείται ουσιαστικά με τον ίδιο τρόπο όπως δημιουργείται ένα κανονικό ουράνιο τόξο. Το ηλιακό φως και πάλι διαθλάται και αντανακλάται αλλά μέσα στις σταγόνες νερού που περιέχονται στην ομίχλη ή σε ένα σύννεφο, και όχι μέσα στις σταγόνες της βροχής.

Επειδή οι σταγόνες νερού που περιέχει η ομίχλη ή ένα σύννεφο είναι πολύ μικρότερες από τις σταγόνες βροχής (10 με 1000 φορές μικρότερες), το ηλιακό φως εμφανίζει το φαινόμενο της περίθλασης. Έτσι όταν το φως αντανακλάται καθώς περνά τη σταγόνα νερού, η ιδιότητα της περίθλασης υπερισχύει και η ακτίνα φωτός φαρδαίνει, επικαλύπτοντας όλα τα άλλα χρώματα. Με αποτέλεσμα, στα μάτια του παρατηρητή να εμφανίζεται ένα λευκό τόξο ή ένα πολύ αχνό, έγχρωμο ουράνιο τόξο ομίχλης (fogbow).

Εξαιτίας του λευκού χρώματός τους τα fogbows ονομάζονται και λευκά ουράνια τόξα (white rainbows).