الشمس والمطر: تكون اقواس قزح

 

الشمس والمطر: تكون اقواس قزح 

 هناك روايات تدل على أن قوس قزح هو وعد من الله ، وغيرها تقول أن هناك كمية من الذهب في نهاية قوس قزح ، وعلى الرغم من كل ذلك تبقى ظاهرة أقواس قزح هي واحدة من أكثر المشاهد الطبيعية جمالاً وتعطي شعور مفعم بالسعادة والبهجة.

ولعل سائل يتسائل لماذا تظهر أقواس قزح بندرة كل عام؟ ولماذا تظهر لمدة دقيقة على الأغلب وتختفي بعدها؟ في هذا المقال توجد الإجابات على هذه الأسئلة وغيرها من الأسئلة المتعلقة بقوس قزح.

 

 

ما هو قوس قزح؟

أقواس قزح هي في الأصل أشعة من الشمس منتشرة في طيف ألوانها حتى نتمكن من رؤيتها. يعتبر قوس قزح هو ظاهرة بصرية (بالنسبة لمحبي الخيال العلمي ، فأن هذا النوع يشبه الهولوغرام) لأنه شيء لايمكن لمسه وغير موجود في مكان معين.

هل خطر ببالك يومًا ما معنى كلمة Rainbows ومن أين تأتي كلمة "قوس قزح"؟ يرمز جزء "rain-" بمعنى مطر إلى قطرات المطر اللازمة لتكوينه، بينما يشير "-bow" إلى الشكل المقوس.

 

 

ما هي المواد اللازمة لتكون قوس قزح؟

تميل أقواس قزح للظهور أثناء نزول قطرات المطر بالأضافة لظهور أشعة الشمس في نفس الوقت، لذلك إن فكرت في يوم ما أن أشعة الشمس والمطر عنصران رئيسيان لتكوين قوس قزح ، فأنت على صواب.

 

تتشكل أقواس قزح عندما تتوفر الشروط التالية:

1-       وجود أشعة الشمس حيث لا تزيد عن 42 درجة فوق الأفق.

2-      هطول الأمطار.

3-      أن تطفو قطرات الماء في الهواء (لهذا نرى أقواس قزح بعد هطول الأمطار مباشرة).

4-     ان تكون السماء صافية ويوجد القليل من الغيوم للتمكن من رؤية قوس قزح.

 

 

دور قطرات المطر في تكوين قوس قزح

تبدأ عملية تكون قوس قزح عندما يسطع ضوء الشمس على قطرة من المطر. عندما تضرب أشعة الشمس وتدخل قطرة الماء ، تتباطأ سرعتها قليلاً (لأن الماء أكثر كثافة من الهواء). يؤدي هذا إلى انحناء مسار الضوء أو "انكساره".

قبل أن ندخل في تفاصيل كثيرة ونذهب إلى أبعد من ذلك ، دعنا نذكر بعض الأشياء عن الضوء:

يتكون الضوء المرئي من أطوال موجية لونية مختلفة (والتي تظهر بيضاء عند مزجها معًا) ينتقل الضوء في خط مستقيم ما لم يعكسه شيء ما ، أو ينحني (ينكسر) أو يتبعثر. عندما يحدث أي من هذه الأشياء ، يتم فصل أطوال موجات الألوان المختلفة ويمكن رؤية كل منها.

لذلك ، عندما يدخل شعاع من الضوء إلى قطرة مطر وينحني او ينكسر ، فإنه ينفصل إلى أطوال موجية لونية مكونة. يستمر الضوء في الانتقال عبر القطرة حتى يرتد (ينعكس) عن الجزء الخلفي من القطرة ويخرج من الجانب المقابل لها بزاوية 42 درجة. عندما يخرج الضوء (لا يزال منقسماً إلى مجموعة ألوانه) من قطرة الماء ، فإن سرعته تزداد أثناء انتقاله للخارج إلى الهواء الأقل كثافة وينكسر (مرة ثانية) بالنسبة إلى أعين الشخص الناظر.

قم بتطبيق هذه العملية على مجموعة واسعه من قطرات المطر في الجو وسوف تحصل على قوس قزح متكامل.

 

 

لماذا يخضع قوس قزح لـ ROYGBIV

يشير اختصار (ROYGBIV) لتسلسل الأشكال أو الألوان الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي.

هل لاحظت يومًا كيف تتحول ألوان قوس قزح (من الخارج إلى الداخل) دائمًا إلى الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي؟

لمعرفة سبب ذلك ، دعنا نفكر في قطرات المطر على مستويين ، أحدهما فوق الآخر. عند تحليل الضوء وقطرات المطر، نرى أن الضوء الأحمر ينكسر من قطرة الماء بزوايا أكثر انحدارًا على الأرض. لذلك عندما ينظر شخص ما إلى زاوية شديدة الانحدار ، فإن الضوء الأحمر من القطرات الأعلى ينتقل بالزاوية الصحيحة ليصيب العين. (تخرج الأطوال الموجية اللونية الأخرى من هذه القطرات بزوايا اقل ، وبالتالي تمر فوق الرأس). وهذا هو سبب ظهور اللون الأحمر في الجزء العلوي من قوس قزح.

الآن لنفكر في انخفاض قطرات المطر. عند التحديق في زوايا أقل عمقًا ، فإن جميع القطرات الموجودة في خط الرؤية هذا توجه الضوء البنفسجي إلى عين الشخص الناظر، بينما يتم توجيه الضوء الأحمر بعيدًا عن الرؤية المحيطية وإلى الأسفل عند قدم الشخص. هذا هو سبب ظهور اللون البنفسجي في اسفل قوس قزح. تتكون فب قطرات المطر بين هذين المستويين ألوانًا مختلفة من الضوء (بالترتيب من الأطول إلى الأقصر طولًا موجيًا ، من الأعلى إلى الأسفل) لذلك يرى المراقب طيف الألوان الكامل.

 

 

هل شكل قوس قزح مقوس بالفعل؟

نحن نعرف الآن كيفية تشكل او تكوين أقواس قزح ، ولكن ماذا عن شكل ومكان قوس قزح؟

نظرًا لأن قطرات المطر دائرية نسبيًا ، فإن الانعكاس الذي تكونه يكون أيضًا منحنيًا. صدق أو لا تصدق ، قوس قزح الكامل هو في الواقع دائرة كاملة ، فقط نحن لا نرى النصف الآخر لأن الأرض تعيق طريق قوس قزح لتكوين شكلة الكامل.

كلما كانت الشمس منخفضة في الأفق ، زادت مساحة الدائرة الكاملة التي يمكننا رؤيتها.

يمكن للشخص الراكب في الطائرة رؤيته بالكامل حيث يمكن للمراقب أن ينظر إلى الأعلى والأسفل ليرى القوس الدائري الكامل.

 

 

ازدواج قوس قزح

تعلمنا قبل قليل ، كيف يمر الضوء في رحلة من ثلاث خطوات (الانكسار ، الانعكاس ، الانكسار) داخل قطرة المطر لتشكيل قوس قزح مكتمل. لكن في بعض الأحيان ، يضرب الضوء الجزء الخلفي من قطرة المطر مرتين بدلاً من مرة واحدة فقط. يخرج هذا الضوء "المعاد انعكاسه" من القطرة بزاوية مختلفة (50 درجة بدلاً من 42 درجة) مما ينتج عنه قوس قزح ثانوي يظهر فوق القوس الأساسي.

 نظرًا لأن الضوء يخضع لانعكاسين داخل قطرة المطر ، ويقل عدد الأشعة التي تمر عبر الخطوات الأربع ، يتم تقليل شدته من خلال هذا الانعكاس الثاني ونتيجة لذلك ، فإن ألوانه تكون ذات سطوع قليل. الفرق الآخر بين قوس قزح الفردي والمزدوج هو أن مخطط الألوان لأقواس قزح المزدوجة معكوس. (تتحول ألوانه إلى البنفسجي والنيلي والأزرق والأخضر والأصفر والبرتقالي والأحمر.) وذلك لأن الضوء البنفسجي من قطرات المطر العالية يدخل إلى عين الشخص الناظر، بينما الضوء الأحمر من نفس القطرة يمر فوق رأس الناظر. في الوقت نفسه ، يدخل الضوء الأحمر من قطرات المطر السفلية إلى عين الشخص والضوء الأحمر من هذه القطرات موجه إلى قدم الشخص الناظر ولا يمكن رؤيته.

وتلك الهاله المظلمة بين القوسين؟ هي تتكون نتيجة اختلاف زوايا انعكاس الضوء من خلال قطرات الماء. يسميها خبراء الأرصاد (فرقة الإسكندر المظلمة  Alexander's dark band).

 

 

ثلاثية قوس قزح

في ربيع عام 2015 ، أضاءت وسائل التواصل الاجتماعي عندما شارك أحد سكان غلين كوف في نيويورك صورة محمولة لما بدا أنه قوس قزح رباعي.

بينما من الممكن من الناحية النظرية ، فإن أقواس قزح الثلاثية والرباعية نادرة للغاية. لن يتطلب الأمر فقط انعكاسات متعددة داخل قطرة المطر ، ولكن كل تكرار سينتج قوسًا أكثر خفوتًا ، مما يجعل من الصعب جدًا رؤية أقواس قزح من الدرجة الثالثة والرباعية.

عندما تتشكل ، عادةً ما تُرى أقواس قزح ثلاثية بجانب او مقابل القوس الأساسي ، أو كقوس توصيل صغير بين الأساسي والثانوي.

 

 

قوس قزح لايوجد في السماء

لا يُرى قوس قزح في السماء فقط. يمكن من خلال قيامك برشاش مياه في مكان ما. او من خلال ضباب على شلال ما ان تتكون اقواس قزح. هذه كلها طرق يمكنك من خلالها تكون قوس قزح. طالما يوجد ضوء الشمس الساطع ، وقطرات الماء المعلقة ، وأنت في زاوية الرؤية المناسبة ، فمن الممكن أن يتكون قوس قزح ويكون في مرمى البصر!

من الممكن أيضًا إنشاء قوس قزح بدون استخدام الماء. أحد الأمثلة على ذلك هو تثبيت المنشور البلوري على نافذة تمر من خلالها الأشعة الشمسية.

 

 

 

المصادر

1-       Isaac Newton, Optice: Sive de Reflexionibus, Refractionibus, Inflexionibus & Coloribus Lucis Libri Tres, Propositio II, Experimentum VII, edition 1740

2-      Sadeghi, Iman; Munoz, Adolfo; Laven, Philip; Jarosz, Wojciech; Seron, Francisco; Gutierrez, Diego; Jensen, Henrik Wann (2012). "Physically-based simulation of rainbows" (PDF). ACM Transactions on Graphics. 31: 1–12. CiteSeerX 10.1.1.296.3051. doi:10.1145/2077341.2077344.

3-      Theusner, Michael (1 Oct 2011). "Photographic observation of a natural fourth-order rainbow". Applied Optics. 50 (28): F129–F133. Bibcode:2011ApOpt..50F.129T. doi:10.1364/AO.50.00F129. ISSN 1559-128X. PMID 22016236.

4-     G. Casini and A. Covello, “The ”rainbow” in the drop,” Am. J. Phys. 80(11), 1027–1034 (2012).

5-      Lee, Raymond L. & Alastair B. Fraser (2001). The Rainbow Bridge: Rainbows in Art, Myth and Science. New York: Pennsylvania State University Press and SPIE Press. ISBN 978-0-271-01977-2.

6-      Lynch, David K.; Livingston, William (2001). Color and Light in Nature (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-77504-5.

7-      Naylor, John; Lynch, David K.; Livingston, William (2002). Out of the Blue: A 24-Hour Skywatcher's Guide. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-80925-2.