Радуга

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 22 декабря 2024 года; проверки требует 1 правка.
Перейти к навигации Перейти к поиску
У этого термина существуют и другие значения, см. Радуга (значения).
Двойная радуга над водопадом Игуасу
Радуга над городом Гродно, Белоруссия

Ра́дуга — атмосферное, оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое при освещении ярким источником света (в природе Солнцем или Луной — см. лунная радуга) множества водяных капель (дождя или тумана). Радуга выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из цветов спектра видимого излучения (от внешнего края: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый). Это те семь цветов, которые принято выделять в радуге в русской культуре (возможно, вслед за Ньютоном, см. ниже), но на самом деле спектр непрерывен, и его цвета плавно переходят друг в друга через множество промежуточных оттенков.

Центр окружности, описываемой радугой, лежит на прямой, проходящей через наблюдателя и солнце, в антисолнечной точке[1]; при этом солнце всегда находится за спиной наблюдателя. Угловой радиус окружности — 42 градуса[1]. Для наблюдателя на земле радуга обычно выглядит как дуга окружности, чем ниже солнце над горизонтом, тем ближе дуга к половине окружности, а высота верхушки радуги над землёй — к 42 градусам. Чем выше точка наблюдения, тем дуга полнее (с высокой точки или с самолёта можно увидеть и полную окружность из радуги). Когда солнце поднимается выше 42 градусов над горизонтом, окружность возможного появления радуги оказывается ниже уровня земли, и наблюдатель, находящийся на её поверхности, увидеть радугу не может[2]. Приблизиться к радуге, как и к горизонту, невозможно.[3]

Физика радуги

[править | править код]
Первичная и вторичная радуги с полосой Александра между ними
Преломление света при его переходе в среду с иной оптической плотностью

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды (дождя или тумана), парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому слабее всего отклоняется красный свет — на 137°30’, а сильнее всего фиолетовый — на 139°20’). В результате белый свет разлагается в спектр. Наблюдатель, стоящий спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим окружностям (дугам).

Ход лучей в сферической капле, образование первичной радуги

Радуга представляет собой каустику, возникающую на сферической капле при преломлении и отражении (внутри неё) плоскопараллельного пучка света. Как показано на рисунке для пучка монохроматического света, отражённый свет имеет максимальную интенсивность для определённого угла между источником, каплей и наблюдателем. Этот максимум весьма «острый»: бо́льшая часть света выходит из капли, развернувшись практически точно на один и тот же угол. Дело в том, что угол, под которым из капли уходит отражённый и преломлённый ею луч, немонотонно зависит от расстояния от падающего (первоначального) луча до оси, параллельной ему и проходящей через центр капли. Эта зависимость имеет гладкий экстремум. Поэтому больше всего света капля разворачивает именно на этот угол и близкие к нему. Значения этого угла немного различаются для разных показателей преломления, соответствующих лучам разного цвета. При этом угле и возникает отражение-преломление максимальной яркости, составляющее (от разных капель) радугу; «яркие» лучи от разных капель образуют конус с вершиной в зрачке наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и солнце[4].

Для одного отражения внутри капли такой угол имеет одно значение, для двух — другое, и т. д. Этому соответствует первичная (радуга первого порядка), вторичная (радуга второго порядка) и т. д. радуга. Первичная — самая яркая, она уносит из капли бо́льшую часть света. В природе радуги порядка, большего чем второй, обычно не удаётся увидеть, так как они очень слабы.

Схема образования радуги:
  1. сферическая капля,
  2. внутреннее отражение,
  3. первичная радуга,
  4. преломление,
  5. вторичная радуга,
  6. входящий луч света,
  7. ход лучей при формировании первичной радуги,
  8. ход лучей при формировании вторичной радуги,
  9. наблюдатель,
  10. область формирования первичной радуги,
  11. область формирования вторичной радуги,
  12. облако капелек

Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, которая образована светом, отражённым в каплях два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи фиолетовый, внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно заметно более тёмное, эту область называют полосой Александра.

Появление радуги третьего порядка в естественных условиях чрезвычайно редко. Считается, что за последние 280 лет было только 6 научных сообщений о наблюдении данного феномена[5]. В то же время благодаря применению специальных методов фотосъёмки и последующей обработки полученных фотографий удаётся зарегистрировать радуги четвёртого[6], пятого[7] и даже, как предполагается, седьмого[8] порядков.

В лабораторных условиях удаётся получать радуги гораздо более высоких порядков. Так, в статье, опубликованной в 1998 году, утверждалось, что авторы, используя лазерное излучение, получили радугу двухсотого порядка[9].

Свет первичной радуги поляризован на 96 % вдоль направления дуги[10], вторичной на 90 %.

В яркую лунную ночь можно наблюдать и радугу от луны. Поскольку рецепторы человеческого глаза, работающие при слабом освещении, — «палочки» — не воспринимают цвета, лунная радуга выглядит белёсой; чем ярче свет, тем «цветнее» радуга (в её восприятие включаются цветовые рецепторы — «колбочки»).

Необычные радуги

[править | править код]
Отражённая радуга (верхняя) и основная радуга (нижняя) на закате

Чаще всего наблюдается простая радуга-дуга, но известно много других оптических феноменов, которые возникают по похожим причинам или похоже выглядят. Например, туманная (белая) радуга, возникающая на очень маленьких капельках тумана, и огненная радуга (один из видов гало), возникающая на перистых облаках. Похож на радугу и слабый паргелий — гало в 22° слева и справа от солнца. Ночью можно увидеть лунную радугу.

Когда радуга появляется над поверхностью воды (или над другой отражающей поверхностью, например, мокрым песком[11]), может возникнуть так называемая отражённая радуга (англ.  reflection rainbow)[12]. Она появляется[13], когда солнечный свет отражается от поверхности воды до того, как попадает на дождевые капли, где происходит преломление. Водная поверхность должна быть достаточно большой, спокойной и близкой к стене дождя. Из-за большого количества условий отражённая радуга — редкое явление.

Отражённая радуга пересекает основную на уровне горизонта, далее проходит над ней. Так как солнечный свет предварительно отражается от воды, яркость отражённой радуги ниже основной.

Явления, похожие на радугу

[править | править код]
Перевёрнутая радуга

При определённых обстоятельствах можно увидеть двойную, перевёрнутую или даже кольцевую радугу. На самом деле это явления другого процесса — преломления света в кристаллах льда, рассеянного в атмосфере, и относятся к гало[14]. Для появления в небе перевёрнутой радуги (околозенитной дуги, зенитной дуги — одного из видов гало) необходимы специфические погодные условия, характерные для Северного и Южного полюсов. Перевёрнутая радуга образуется за счёт преломления света, проходящего через льдинки тонкой завесы облаков на высоте 7—8 тысяч метров. Цвета в такой радуге располагаются тоже наоборот: фиолетовый вверху, а красный — внизу.

История исследования

[править | править код]
Радуга на Аляске

Персидский астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази (1236—1311), а возможно, его ученик Камал ад-Дин аль-Фариси (1260—1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена[15]. Примерно одновременно аналогичное объяснение радуги предложили немецкий учёный Дитер Фрейбургский и английский учёный-богослов Роджер Бэкон.

Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride»[16]. На основании опытных наблюдений он пришёл к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления — при входе в каплю и при выходе из неё[17].

Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1637 году в труде «Рассуждение о методе» (часть «Метеоры», глава «О радуге»)[18][19]. Рассмотрев путь 10 тысяч лучей в капле, он установил, что лучи от 8500-го до 8600-го выходят под одним и тем же углом 41,5 градуса к первоначальному их направлению и, следовательно, этот угол — преобладающий для лучей[3][18]. Он также установил, что вторичная радуга возникает в результате двух преломлений и двух отражений[20], а лучи в этом случае выходят из капли в основном под углом 51—52 градуса к первоначальному направлению[18].

И. Ньютон в трактате «Оптика» дополнил теорию Декарта и де Доминиса разъяснением причин возникновения цветов радуги и противоположного порядка расположения цветов в первичной и вторичной радугах[21]. Ньютон выделял семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, индиго и фиолетовый[21].

Двойная радуга в ландшафте, картина Питера Рубенса

Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, во многих странах в нём выделяют 7 или 6 (например, в англоязычных странах[22]) цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Ньютон.

Радуга

Мнемонические фразы

[править | править код]
Основная статья: Каждый охотник желает знать, где сидит фазан

Цвета в радуге расположены в последовательности, соответствующей спектру видимого света. В русском языке существуют мнемонические фразы для её запоминания в порядке от красного (видимый свет с наибольшей длиной волны) до фиолетового (видимый свет с наименьшей длиной волны):

  • Как однажды Жак-звонарь головой свалил фонарь[23], или Как Однажды Жак Звонарь Городской Сломал Фонарь.
  • Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

Фразы являются акростихом[24], где начальная буква каждого слова соответствует начальной букве названия определённого цвета.

В английском языке используется акроним Roy G. Biv, состоящий из начальных букв цветов.

Радуга в истории, мифологии и культуре

[править | править код]
Йозеф Антон Кох. Героический ландшафт с радугой (1805)
  • В скандинавской мифологии радуга — это мост Биврёст, соединяющий Мидгард (мир людей) и Асгард (мир богов); красная полоса радуги — вечный огонь, который безвреден для Асов, но сожжёт любого смертного, который попытается подняться по мосту. Охраняет Биврёст Ас Хеймдалль.
  • В древнеиндийской мифологии — лук Индры, бога грома и молнии.
  • В древнегреческой мифологии — дорога Ириды, посланницы между мирами богов и людей.
  • В армянской мифологии радуга — это пояс Тира (первоначально бог солнца, потом — бог письменности, искусств и наук).
  • По славянским поверьям, радуга пьёт воду из озёр, рек и морей, которая потом проливается дождём. Иногда она заглатывает вместе с водою рыб и лягушек, поэтому порою они падают с неба. Появление радуги предвещало несчастье, а пройдя под радугой, мужчина станет женщиной, а женщина — мужчиной[25].
  • Согласно поверьям многих африканских народов, в тех местах, где радуга касается земли, можно найти клад (драгоценные камни, раковины каури или бисер).
  • В мифологии австралийских аборигенов Радужный змей считается покровителем воды, дождя и шаманов.
  • Ирландский лепрекон прячет горшок золота в месте, где радуга коснулась земли.
  • В Коране радуга названа «семью путями», которыми человек возвращается к Аллаху после смерти (23:17[26]), поэтому в исламе долго смотреть на радугу не принято
  • В Библии радуга появилась после всемирного потопа как символ прощения человечества, союза Бога и человечества (в лице либо через Ноя) и того, что потопа никогда больше не будет (Быт. 9:12—17).
    «Я полагаю радугу Мою в облаке, чтоб она была знамением завета между Мною и между землёю. И будет, когда сгущу Я тучи над землёю, покажется радуга в облаке». Эту фразу толкователь Пятикнижия Раши объясняет так: «Когда сгущу Я тучи над землёю», — когда Мой Атрибут Суда будет подсказывать Мне навести на землю тьму и гибель, тогда… «появится радуга в облаке». То есть радуга показывается на небе тогда, когда человечество заслуживает гибели за свои грехи. «И будет, когда Я наведу облако на землю, то явится радуга в облаке; и Я вспомню завет Мой, который между Мною и между вами и между всякою душею живою во всякой плоти; и не будет более вода потопом на истребление всякой плоти». Согласно Талмуду, при жизни больших праведников нет нужды в этом знаке, так как Вселенная защищена от гибели их присутствием.
  • В японской мифологии боги Идзанаги и Идзанами стояли на небесном мосту, окуная с него в море копьё, капли с которого стали японскими островами.
  • Изображение радуги было личной эмблемой Екатерины Медичи.
  • В книге Фрэнка Баума «Удивительный волшебник из страны Оз» и в снятом по ней фильме девочка Дороти, пройдя под радугой, попадает в Волшебную страну.

Радуга и ассоциированные термины

[править | править код]
  • Ирис — цветок с богатой гаммой цветов;
  • Иридий — металл, цвета соединений которого дают практически полную радугу;
  • Радужная оболочка глаза по-латыни «ирис»;
  • Ирисовая диафрагма напоминает радужную оболочку глаза;
  • Присутствует в названиях музыкальных групп (к примеру, Rainbow).

Радуга как символ

[править | править код]

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 Зверева, 1988, с. 38.
  2. ↑ Миннарт М. Свет и цвет в природе. — М.: «Наука», 1969. — С. 182. — 344 с.
  3. ↑ 1 2 Кто творит радугу? (Фрагмент из книги Я. Е. Гегузина «Капля») // Наука и жизнь. — 2016. — № 10. — С. 73—75.
  4. ↑ Можно заметить (это хорошо видно и на рисунке), что заметное количество света, отражённого-преломлённого в каплях, попадает и во внутреннюю область конуса. И хотя в этой области острый максимум интенсивности отсутствует, что делает свет в ней практически лишённым цвета, однако общее количество попадающего сюда света достаточно велико. При наблюдении (и на фотографиях) нередко можно заметить, что небо (как и пейзаж и вообще всё) внутри дуги радуги заметно светлее.
  5. ↑ From myth to reality: photos prove triple rainbows exist Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine — Статья на сайте Оптического общества (The Optical Society, OSA)
  6. ↑ Theusner M. Photographic observation of a natural fourth-order rainbow (англ.) // Applied Optics. — 2011. — Vol. 50, no. 28. — P. F129—F133. — ISSN 0003-6935. — doi:10.1364/AO.50.00F129. Архивировано 7 октября 2011 года.
  7. ↑ Edens H. E. Photographic observation of a natural fifth-order rainbow (англ.) // Applied Optics. — 2015. — Vol. 54, no. 4. — P. B26—B34. — doi:10.1364/AO.54.000B26. Архивировано 22 декабря 2015 года.
  8. ↑ Edens H. E., Können G. P. Probable photographic detection of the natural seventh-order rainbow (англ.) // Applied Optics. — 2015. — Vol. 54, no. 4. — P. B93—B96. — doi:10.1364/AO.54.000B93. Архивировано 22 декабря 2015 года.
  9. ↑ Ng P. H., Tse M. Y., Lee W. K. Observation of high-order rainbows formed by a pendant drop (англ.) // Journal of Optical Society of America B. — 1998. — Vol. 15, no. 11. — P. 2782—2787. Архивировано 15 декабря 2013 года.
  10. ↑ Rainbow — A polarized arch? Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 9 сентября 2013 года.
  11. ↑ Reflection Rainbows. Дата обращения: 20 октября 2015. Архивировано 23 сентября 2015 года.
  12. ↑ Reflection Bow Formation. Дата обращения: 20 октября 2015. Архивировано 23 сентября 2015 года.
  13. ↑ Как появляется радуга. Дата обращения: 9 апреля 2018. Архивировано из оригинала 9 апреля 2018 года.
  14. ↑ http://ice-halo.net/theory Архивная копия от 5 мая 2012 на Wayback Machine Как отличить гало от радуги
  15. ↑ Al-Farisi biography. Дата обращения: 24 мая 2006. Архивировано 21 июля 2017 года.
  16. ↑ De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride Архивная копия от 10 августа 2016 на Wayback Machine в библиотеке Google
  17. ↑ The discovery made by Antonio de Dominis bishop of Spalatro // Encyclopædia Britannica : or, A dictionary of arts, sciences, and miscellaneous literature. — Edinburgh: Printed for A. Bell and C. MacFarquhar, 1797. — Vol. 13. — P. 320—321. (англ.)
  18. ↑ 1 2 3 Голин Г. М., Филонович С. Р. О радуге / Р. Декарт // Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в.): Справочное пособие. — М. : Высшая школа, 1989. — С. 67—72. — 576 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-06-000058-3.
  19. ↑ René Descartes. De l'arc-en-ciel // Discours de la méthode. — Paris, 1657. — С. 250—271.
  20. ↑ Трифонов Е. Д. Ещё раз о радуге // Соросовский образовательный журнал. — 2000. — Т. 6, № 7. — С. 53—54. Архивировано 29 сентября 2015 года.
  21. ↑ 1 2 Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света / Перевод Вавилова С. И. — изд-е 2-е. — М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1954. — С. 131. — 367 с. — (серия «Классики естествознания»). Архивировано 17 апреля 2012 года.
  22. ↑ О количестве цветов в радуге. Дата обращения: 17 апреля 2022. Архивировано 12 июня 2021 года.
  23. ↑ Джеймс Джойс. «Улисс». Том II Архивная копия от 13 июля 2020 на Wayback Machine в библиотеке Google
  24. ↑ Ги Лефрансуа. Прикладная педагогическая психология. — СПб.: Прайм-Еврознак, 2003. — С. 144. — 416 с. — (Проект «Главный учебник»). — ISBN 5938780896.
  25. ↑ Левкиевская Е. Е. Мифы русского народа. — М.: Астрель, 2000. — С. 90. — 528 с. — (Мифы народов мира). — ISBN 5-17-002811-3.
  26. ↑ Мы возвели над вами семь путей,
    И никогда творенья эти
    (Ни на единый миг)
    Не лишены опеки Нашей
  27. ↑ Symbols Архивировано 27 марта 2013 года.. // An Encyclopedia of Gay, Lesbian, Bisexual, Transgender, and Queer Culture (англ.)  (Дата обращения: 2 апреля 2011)

Литература

[править | править код]

На русском языке

[править | править код]

На английском языке

[править | править код]
  • Robert Greenler Rainbows, Halos, and Glories.— 1980 ISBN 0-521-38865-1
  • Raymond L. Lee and Alastair B. Fraser, The Rainbow Bridge: Rainbows in Art, Myth and Science, (2001) Penn. State University Press and SPIE Press ISBN 0-271-01977-8
  • David K. Lynch & William Livingston, Color and Light in Nature, 2nd edition (2001) ISBN 0-521-77504-3
  • Minnaert M. G. J. Light and Color in the Outdoors, 1995 ISBN 0-387-97935-2
  • Minnaert M. The Nature of Light and Color in the Open Air. 1973 ISBN 0-486-20196-1
  • Naylor, John, Out of the Blue, 2002, ISBN 0-521-80925-8
  • Bleicher, Steven (2004) Contemporary Color: Theory & Use p6. Delmar. ISBN 1-4018-3740-9: «However, most people can only discern six of these hues; they have trouble telling the difference between indigo and violet.»

Ссылки

[править | править код]

На русском языке

[править | править код]

На английском языке

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Радуга&oldid=143260926