ройдут мимо – выше или ниже наших глаз. От другой капли в глаз наблюдателя попадает какой-либо другой луч, например красный, от третьей – фиолетовый и т. д.
При дожде лучи Солнца преломляются в мириадах падающих капель воды. Однако далеко не все эти лучи попадают нам в глаза. Когда мы наблюдаем радугу, мы видим только отдельные цветные лучи, идущие к нам от некоторых капель. Какие же эти капли? Как они расположены в воздухе?
Оказывается, все такие капли располагаются по окружности. Все капли на этой окружности находятся в одном положении к Солнцу и к наблюдателю. Только от этих капель радужные лучи попадают в наши глаза.
Но и таких капель в воздухе множество. Цветные лучи, рожденные этими каплями, сливаясь, дают нам яркую картину радуги. Перед нами возникает многоцветная полоса – часть радужного круга.
Вечером и утром, когда Солнце стоит низко, радуга имеет вид полного полукруга. Чем выше Солнце поднимается над горизонтом, тем радуга меньше. Когда Солнце находится над горизонтом выше 42 градусов, радуга совсем уходит за горизонт.
Это понятно – ведь в радуге мы видим солнечные лучи, разложенные на свои спектральные цвета. Значит, положение радуги на небе должно зависеть от положения Солнца. Чем выше оно расположено на небе, тем меньшую часть радужного круга мы увидим. Остальное будет скрывать горизонт. Поднявшись высоко в воздух, можно увидеть весь радужный круг.
Почему же, однако, мы видим в радуге ряд цветных полос, расположенных всегда в одном порядке? А вот почему.
Рис. 28. Рисунок показывает, почему мы видим в радуге цветные полосы, расположенные всегда в одном порядке.
Взгляните на рисунок 28. В капле дождя меньше всего преломляются лучи красного цвета, сильнее всего – фиолетовые лучи. Отсюда понятно, что от капель, расположенных по самому внешнему кольцу радуги, в глаза наблюдателя попадут только красные лучи (см. рис. 28). Наоборот, капли, расположенные по внутреннему кольцу радуги, пошлют в наши глаза фиолетовые лучи; все другие лучи упадут ниже. От капель, находящихся вне радужной полосы, мы не получим ничего. Все отраженные и преломленные этими каплями лучи не попадут в наши глаза, они будут проходить выше, ниже или в стороне. И, наконец, от капель дождя, расположенных между каплями, лежащими на внутреннем и на внешнем кольце радужной полосы, в наши глаза будут попадать все другие лучи спектра – желтые и оранжевые, синие и зеленые.
Если мы возьмем вертикальный ряд капелек, расположенных в -воздухе там, где мы видим радугу (см. рис. 28), самая верхняя из этих капелек пошлет в наш глаз красный луч. От капельки, лежащей ниже, мы увидим отраженный оранжевый луч. Следующие капельки дадут лучи – желтый, зеленый, голубой, синий. От самой нижней капли, находящейся в области радужной полосы, в глаз наблюдателя упадет фиолетовый луч.
Такое же отражение дадут и все другие капли дождя, находящиеся в воздухе в одинаковом отношении к Солнцу и к наблюдателю. А такие капли, как говорилось выше, располагаются по окружности.
Мириады этих капелек посылают в глаза наблюдателя множество разноцветных лучей. Сливаясь, лучи и создают впечатление ярких цветных дуг – от красной до фиолетовой, как бы вложенных одна в другую. Мы видим многокрасочный воздушный призрак – радугу.
Каждый из нас видит на небе свою радугу. Отойдите несколько в сторону – и радужная полоса передвинется вместе с вами; вы увидите радугу в новых каплях.
Замечено, что яркость радуги меняется в зависимости от того, какое количество дождевых капель находится в воздухе, и от величины этих капель. Радуга тем ярче, чем крупнее капли дождя. Вспомните, как ярка радуга при летнем дожде, когда падают частые, крупные капли.
От величины дождевых капель зависит также и вид радуги. Когда в воздухе находятся более крупные дождевые капли, в радуге ярко выделяются зеленая и фиолетовая полосы. Хорошо видна также красная полоса. Более мелкие капли дают радугу, в которой выделяется желтый цвет. Когда радугу образуют совсем мелкие капельки– диаметром не более 0,03 миллиметра, в ней появляется белая полоса, а сама радужная полоса выглядит шире.
Но возникает еще один вопрос. Все объяснение радуги мы дали так, как будто дождевые капли висят в воздухе, а не падают, как будто они находятся на одних и тех же местах, а не меняют каждое мгновение свое положение в пространстве. А на самом деле капли дождя падают на землю, не задерживаясь где-либо в воздухе хотя бы на одну секунду.
Вспомните об одной замечательной особенности наших глаз. Когда низко над землей летит самолет, мы видим его вращающийся пропеллер в виде полного круга. Если в темноте быстро вращать перед собой тлеющую лучину, можно увидеть замкнутый огненный круг. Посмотрите на ярко горящую лампочку и закройте быстро глаза. Изображение этой лампы вы будете видеть еще некоторое время и после того, как закроете глаза.
Примеры говорят вот о чем: изображения, попадающие в наш глаз, задерживаются в нем на какой-то короткий промежуток времени. В течение этого времени изображение предмета сохраняется в нашем сознании.
Установлено, что человек сохраняет зрительное впечатление около 0,1 секунды. Эта особенность наших глаз положена в основу работы кино. Когда демонстрируется кинокартина, на экране быстро сменяются отдельные неподвижные кадры. Каждый кадр появляется на экране примерно всего на одну двадцатую долю секунды и тут же сменяется следующим. Так как промежуток времени, разделяющий одно зрительное впечатление от другого, не превышает в этом случае 0,1 доли секунды, изображения отдельных кадров сливаются в одно непрерывно движущееся. Не успевает в нашем мозгу исчезнуть одно изображение, как на него уже накладывается другое.
Эта особенность наших глаз и позволяет видеть на небе радугу.
От капли, находящейся в воздухе там, где возникает радуга, падает в глаз наблюдателя какой-либо один цветной луч – синий, зеленый, красный и т. д. Это происходит лишь в короткий миг. В следующее мгновение эта капля уже опустится ниже. Но тут же ее заменяет другая капля, падающая сверху. Еще через мгновение эта капля уходит вниз, а на ее месте появляется новая и т. д.
Из дождевого облака выпадает огромное количество капель. В полосе дождя в каждой точке пространства непрерывно находятся дождевые капли. Они настолько быстро сменяют в каждой точке одна другую, что мгновенные лучи, попадающие от них в глаза наблюдателя, сливаются в один, постоянный. Получается, как в кино: ряд мелькающих на экране изображений сливается в одну картину. В кино отдельные кадры, идущие друг за другом, постепенно изменяются. На одном кадре, например, человек стоит у окна с опущенными руками, на следующем кадре – его правая рука уже немного приподнята, на третьем кадре – эта рука поднята еще больше и т. д., и на каком-то кадре изображен человек, уже открывающий окно. Когда все эти кадры быстро сменяют друг друга на экране, мы видим, как неподвижные фотографии человека «оживают» – человек поднимает руку и открывает окно.
В радуге нет таких постепенно изменяющихся картин. От каждой капли, находящейся в радужной полосе, в наши глаза падает какой-то один определенный луч. Каждое мгновение эти капли заменяются новыми, но и от них в глаза наблюдателя посылаются те же самые лучи. Таким образом, мы видим долгое время неизменяющуюся радужную полосу. Получается такая же картина, как если бы капли в воздухе висели на одних и тех же местах, а не падали на землю.
Так наука объясняет это красивое природное явление. Вызывается оно самыми естественными причинами.
В давно прошедшие времена, когда знание природы было очень невелико, радугу считали «божьим знамением» о том, что дождя больше не будет.
Следы поверья сохранились до наших дней. Еще и теперь некоторые думают, что радуга на небе – знак того, что дождь прошел и больше его не будет. Но примета несостоятельна. Радуга бывает и до дождя, и во время дождя, и после того, как дождь прошел.
Одним из первых людей, который дал научное объяснение появления радуги, был итальянский ученый Доминис. Это было в начале XVII века. Церковь в те времена жестоко расправлялась со всеми, кто пытался объяснить явления природы естественными причинами, не прибегая к помощи сверхъестественных сил. Поплатился за это и Доминис. Он был отлучен от церкви, объявлен вне закона и брошен в тюрьму. В ней он и умер. Труп ученого был сожжен вместе с его трудами.
На небе можно видеть иногда не одну, а две, три и более радуг.
Как они возникают?
Посмотрите на рисунок 29. На нем показано двойное полное внутреннее отражение солнечных лучей в капле воды. В отличие от случая, изображенного на рисунке 27, здесь луч света дважды отражается от внутренней стенки капли и при этом также разлагается в спектр.
Двойная радуга имеет вид двух радужных дуг, расположенных одна над другой (рис. 30). Цвета в этих радугах располагаются как бы в обратном порядке: если у нижней радуги ее верхняя часть – красная, а нижняя – фиолетовая, то у верхней радуги в красный цвет окрашена ее нижняя часть, а в фиолетовый – верхняя.
Нижняя радуга получается, как обычно, благодаря простому отражению лучей в определенных каплях дождя. Верхняя же появляется на небе тогда, когда одновременно с простым внутренним отражением лучи солнца испытывают двойное внутреннее отражение в каплях, находящихся выше капель, образующих нижнюю радугу.
Рис. 29. Двойное полное внутреннее отражение лучей Солнца в капле дождя.
Рис. 30. Двойная радуга.
Легко можно понять, почему в верхней радуге цвета располагаются иначе, чем в нижней. При двойном внутреннем отражении от капель, расположенных в самой нижней части радуги, в наш глаз попадают красные лучи, а капли, находящиеся на внешнем ее кольце, посылают в глаза наблюдателя лучи фиолетовые.
Несколько сложнее обстоит дело, когда в воздухе появляются три и более «радужных призрака». Секрет этого явления в том, что радуга может появляться и в тех случаях, когда в каплях дождя отражаются не прямые солнечные лучи, а отраженные водой рек, озер, морских заливов.