Радуга

Радуга, оптическое явление в виде большой дуги круга, окрашенной различными цветами спектра. Радуга наблюдается при дожде, когда одновременно светит солнце. Центр радуги обыкновенно находится под горизонтом на прямой линии, идущей от солнца через глаз наблюдателя; чем выше солнце, тем дуга радуги короче. На горах при высоком стоянии солнца радугу удавалось наблюдать в виде полного круга. Явление радуги происходит вследствие разложения солнечных лучей при прохождении их через капли дождя и отражения от внутренней поверхности капель. Наружный цвет радуги — красный, внутренний — фиолетовый, между ними — постепенный переход всех цветов спектра, но не всегда все цвета развиты, чаще отсутствует голубой, иногда нет чисто красного. Ширина отдельных цветных полос и общая ширина радуги не всегда одинакова. Можно наблюдать иногда две радуги, одну над другой. Нижняя внутренняя называется главной, внешняя верхняя — побочной. Обе радуги обращены друг к другу красными цветами, с наружной стороны у обеих радуг фиолетовый цвет. Кроме главной и побочной радуги, иногда наблюдаются вторичные цветные дуги, число их доходит до шести. Они по большей части примыкают к фиолетовому краю главной радуги, но иногда бывают и у наружной стороны побочной радуги. Цвета их большей частью — розовый, зеленый, но наблюдаются и другие. Иногда вторичные дуги не примыкают к фиолетовому краю радуги, а отделены от него и друг друга слабо освещенными промежутками. Угловая высота радуг различна, но можно принять для главной радуги, — ее красного цвета, — при солнце на горизонте, наибольшую высоту 42¹/₂°, для фиолетового — 40°, для побочной — 54°-50°. Ширина цветной полосы главной радуги — 2°25', побочной — до 3°55'. В редких случаях обычный вид радуги изменяется: кроме главной и побочной радуг, появляются еще цветные дуги с обычным порядком цветов, но с центром над горизонтом.

Кроме обычной радуги, наблюдается еще белая радуга, производимая луной. Кажущееся отсутствие окраски является следствием слабого света луны. Пернтер, впрочем, указывает, что бывают лунные радуги довольно интенсивно окрашенные.

Во время тумана (см.) в горах и на море наблюдается настоящая белая радуга в виде широкой блестящей дуги, слабо окрашенной снаружи в оранжевый, с внутренней стороны в фиолетовый цвета. Эта радуга может также сопровождаться побочной и вторичными дугами.

Первое теоретическое объяснение радуги было дано в XIV веке доминиканским монахом Теодорихом. Оно впервые опубликовано в 1611 году архиепископом Антонио-де-Доминис. Более обстоятельную теорию дал Декарт в 1637 году, ее дополнил Ньютон в 1750 году. Юнг в 1804 году первый обратил внимание на вторичные дуги. Полная теория была дана Эри (Airy) в 1836 году, существенные дополнения к ней сделал Пернтер.

По теории Декарта явление радуги происходит вследствие преломления и полного внутреннего отражения солнечных лучей в каплях дождя. Пусть на каплю дождя падает солнечный луч SM (см. чертеж), угол его падения і; при входе в каплю он преломляется под углом r, затем идет в направлении MN; при этом преломлении луч отклонится от первоначального направления на угол i — r. В точке N луч, встретив внутреннюю поверхность капли, частью отразится, частью выйдет наружу. Для луча MN угол падения в точке N будет r, так как ∆ MON равнобедренный; угол отражения также = r. После отражения ход луча будет NP, от MN он отклонится на угол 180° — 2 r. В точке Р угол падения этого луча = r, так как ∆ NOP равнобедренный. При выходе из капли угол преломления будет i. Это преломление снова отклонит луч на угол i — r. Согласно законам преломления и отражения весь путь луча SMNPQ находится в одной плоскости, проходящей через центр капли и начальное направление луча SM. Поэтому общее отклонение луча D = 2 (I - r) + (180° - 2 r). Всякое преломление и отражение луча в капле будет следовать этим положениям. Если на основании приведенной формулы составить таблицу отклонения для каких-либо лучей при различных углах падения, то можно видеть, что с увеличенном угла падения і угол отклонения D сначала уменьшается, при некотором значении і достигает минимума, а затем снова возрастает. Параллельные лучи, падая на каплю, образуют различные углы падения от 0° до 90°. Вследствие преломления в капле они разлагаются на цветные лучи, и расхождение их при разных углах падения различно. Наименее отклоненные лучи идут почти параллельно и обладают ясным цветом, а потому Декарт назвал их действующими. Последние должны образовывать известный угол, различный для каждого цвета главной и побочной радугой.

Явление вторичных радуг Юнг объясняет интерференцией света.

Теория Декарта, однако, не может объяснить некоторых деталей радуги, так как им не были приняты во внимание размеры капель. Более полная и сложная теория Эри вполне объясняет все явления радуги. Эри положил в основу своей теории световую волну и те видоизменения ее, которые производятся каплей. По Эри радуга — дифракционное явление. Согласно этой теории внешний вид радуги должен зависеть от размера капель. Согласно дополнениям Пернтера является возможным по роду и расположению цветов радуги судить о величине капель. Он дает 4 основных размера радиусов капель: 600, 150, 50 и 25 μ и при последнем размере капли почти все цвета исчезают. Случаи редкой радуги со вторым центром объясняются отражением лучей от поверхности воды.

Радуга может наблюдаться везде, где лучи солнца встречают капли воды — на водопадах, фонтанах. Эккардт полагает, что радуга бывает видна и в хлопьях падающего снега. Корню, Бабине, Пернтер и др. получали радугу искусственным путем. Согласно Пернтеру по радуге можно судить о предстоящей погоде. Так, преобладание зеленого цвета признак сухой погоды, красного — дождливой. Это, однако, требует проверки более многочисленными наблюдениями.

Литература: Pernter und F. Exner, «Meteorologische Optik», 1910; П. И. Броунов, «Атмосферная оптика», 1924; В. Н. Оболенский, «Метеорология»«, 1927; Descartes, «Discours de la méthode etc.» Leyden, 1637; Airy, «Intensity of Light in the Neighbourhood of а Caustic...», 1836; В. Н. Оболенский, «Теория радуги и венцов», 1908.

Д. Нездюров.