Природное кино

Слово «радуга» произошло от старинного выражения «райская дуга». И в те же давние времена люди заметили, что радуга всегда появляется на стороне, противоположной солнцу, и так, что видеть сразу два эти объекта невозможно. Она возникает, когда солнечные лучи освещают завесу падающего дождя.

Любоваться радугой можно не только во время или после дождя, но и у величественных водопадов, над которыми в виде облаков высоко поднимается мельчайшая водяная пыль, а также у больших фонтанов.

В древние времена радугу считали божьим знамением. Того, кто сомневался или пытался познать истинные причины небесного явления, церковники преследовали и жестоко карали.

Из истории, например, известно, что в XVII веке итальянский ученый Антонио Доминико, чтобы узнать причины возникновения радуги, пытался искусственным путем воспроизвести это явление. Но церковники обвинили его в связи с нечистой силой, прокляли и бросили в темницу. Под жестокими пытками ученый умер.

Дело, начатое Антонио Доминико, продолжил чешский ученый Марк Марци. Он изучал прохождение солнечных лучей через стекло и обнаружил, что они при этом распадаются на разные цвета. Французский философ и физик Рене Декарт (1596—1650) пытался теоретически доказать, что радуга возникает в результате сложного процесса преломления солнечных лучей в каплях воды.

И лишь гениальному физику Ньютону удалось постичь некоторые тайны радуги. О том, как это случилось, гласит следующая история.

Однажды летом 1666 году ученый уснул в своем кабинете. Чтобы не нарушать отдыха уставшего человека, снаружи потихоньку прикрыли ставни. Проснувшись, Ньютон увидел солнечный лучик, пробивавшийся через маленькое отверстие в ставне. В то время он много работал над оптическими приборами, изобретал новые и совершенствовал старые. Что надоумило Ньютона поставить на пути лучика трехгранную призму — научное предвидение или просто случайность? Как бы там ни было, но это привело ученого к гениальному открытию.

Ньютон увидел, что лучик преломился и рассыпался на гамму цветов в строгой последовательности. И сколько он ни повторял опыт, все оставалось так, как было в первый раз, а именно: среди цветных полосок самое верхнее место занимала красная, за ней следовала оранжевая, затем желтая, зеленая, голубая, синяя и наконец последняя — фиолетовая. «Значит, световой луч не простой, а складывается из семи основных цветов, — рассуждал Ньютон, — а что, если...»

Ученый за первой линзой поставил другую, такую же, но перевернул ее вершиной вниз. И тогда случилось новое «чудо»: цветные лучи, пройдя через вторую линзу, сложились вместе и снова образовали один обший белый луч.

Систему цветов распавшегося солнечного луча Ньютон назвал спектром — латинским словом, обозначающим видение, призрак. По научному оно называется дисперсией света.

После того как научились разлагать белый солнечный луч на цветные лучи, возник вопрос: а почему они располагаются в такой строгой последовательности? Оказалось, каждый цветной луч имеет свой собственный угол излома.

У фиолетового, занимающего нижнее положение в спектре, этот угол по сравнению с другими цветными лучами, самый большой. А у верхнего красного луча — самый малый. Углы остальных лучей занимают промежуточное положение.

Теперь уже нетрудно понять, почему мы, рассказывая о радуге, остановились на опытах Ньютона и спектре. Ученый, сидя в своем кабинете, видел радугу в миниатюре.

На небе, конечно же, нет стеклянных призм. Но их заменяют дождевые капли и кристаллики льда.

Войдя в каплю, солнечный луч преломляется, дойдя до противоположной внутренней поверхности, отражается от нее и, снова преломившись, выходит наружу. При этом происходит разложение белого луча на цветные. Значит, получается так: капля, поймав солнечный луч, отражает его обратно, но в преобразованном виде.

Далее, от каждой капельки мы сможем увидеть лишь один какой-нибудь из цветных отраженных лучиков, а другие, рассеявшись (углы-то излома у них разные!), пройдут выше или ниже глаза наблюдателя. Верхние капли отразят красные лучики, а капли, расположенные немного ниже, — оранжевые, наконец, нижние капли пошлют фиолетовые. Отраженные лучики соседних капель сливаются и образуют общую цветную полосу. Капель-то великое множество, и располагаются они на разной высоте, вот почему мы видим лучики, слившиеся в цветные полосы.

Если солнце находится близко к горизонту, радуга занимает больше места на небосводе, а когда оно стоит высоко, величина дуги меньше.

Однако истинная форма радуги представлена не дугой, а кругом, центр которого находится на одной прямой с наблюдателем и солнцем. И этот факт был уже известен Аристотелю. Однако полностью круг виден лишь в редких случаях: в водяной пыли водопада, с самолета или с вершины горы. Для наземного наблюдателя круг выглядит незавершенным, поскольку сама Земля своей тенью отсекает солнечный свет.

Наблюдательный человек мог заметить, что радуга иногда сияет во всем своем великолепии, а иногда бывает тусклой и еле заметной на небесном фоне.

Связано это различие в яркости с величиной дождевых капель. Если они крупные, т. е. имеют диаметр от 1-го до 2-х миллиметров, то радуга очень яркая, причем особенно хорошо выделяются красная, фиолетовая и голубая полосы. Малые же капли посылают слабые цветовые лучики, и радуга кажется блеклой, размытой и красной дуги почти не видно. Совсем маленькие капельки (диаметром менее 0,05 миллиметров) вообще не могут посылать четкие цветные лучи, и в таком случае видна лишь бесцветная белая дуга.

Чаще всего её можно увидеть во время сильных морозов, когда в воздухе находится множество мельчайших кристалликов льда.

Любуясь воздушным призраком, можно иногда обнаружить, что он имеет своего двойника — другую дугу, правда, скромную и слабо заметную. А в очень редких случаях можно увидеть одновременно три-четыре радуги. Так, например, вечером 24 сентября 1948 года жители Ленинграда видели, как над Невой раскинулось сразу четыре радуги. Наружная, главная дуга была яркой и цветной, а другие имели вид узких и бледных полос, потому что образовались не от прямых солнечных лучей, а от отраженных водной поверхностью Невы.

Обширные водные пространства могут быть причиной появления на небосводе радуги «вверх ногами». Это бывает тоже очень редко и в том случае, когда солнечные лучи дважды отражаются на своем пути: первый раз — от спокойной, зеркальной глади водоема и второй раз — от дождевых капель.

Радугу можно увидеть и ночью после дождя, когда сквозь тучи пробиваются лунные лучи. Она хоть и менее яркая, но, тем не менее, хорошо различима на небосводе.

И совсем редко появляется радуга зимой. И имеет она в этом случае очень четкое и яркое изображение. Оно и понятно. Ведь зимой все оптические явления особенно ярки и красочны.