كيف تتكون الوان الطيف ” rainbow colors “
قوس قزح هو أحد عجائب الطبيعة، ويمثل عرضا رائعا لظاهرة تشتت الضوء. وهو أيضا إحدى الدلائل على أن الضوء المرئي يتكون من طيف متعدد الأطوال الموجية، حيث يرتبط كل لون فيه بأطوال موجية مختلفة. ولرؤية قوس قزح، يجب أن توجه ظهرك نحو الشمس وتنظر نحو منطقة في الغلاف الجوي تحتوي على قطرات ماء معلقة أو ضباب خفيف، بزاوية تقريبية تبلغ 40 درجة .
عندما تقعر قطرات الماء، تفرق الضوء وتعكسه مرة أخرى باتجاه عينيك. وأثناء التحديق بالسماء، تصل إلى عينيك مجموعة من الأطوال الموجية المرتبطة بكل لون على حدة، وذلك بفضل تأثير الماء المفتت الذي يشتت الألوان ويجعلها تصل إليك من اتجاهات مختلفة .
وعند تجمع تأثير قطرات المطر الصغيرة معًا سوف نرى في السماء قوس دائري من مجموعة من الألوان ، ولكن هل تعرف بالضبط كيف تقوم قطرات الماء بتشتيت وعكس الضوء ، ولماذا يظهر دائمًا بألوان محددة ونمط ثابت ؟ هذا ما سنحاول فهمه في السطور التالية ولكن أولًا دعونا نتعرف على ألوان الطيف السبعة .
الطيف المرئي
شعاع الضوء الأبيض أو الطيف المرئي يتكون من مجموعة مختلفة من الأطوال الموجية، وعندما تجتمع هذه الأطوال معا تشكل الضوء الأبيض. وعادة، تستجيب العين البشرية لأطوال موجية تتراوح بين 380 و 750 نانومتر في الهواء، وينخفض هذا المجال في الماء بسبب معامل الانكسار. والأطوال الموجية التي تقع خارج هذا النطاق لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، مثل الأشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجية .
تمثل الألوان التي تمثل الأطوال الموجية للطيف المرئي بالترتيب الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي والنيلي. يتميز اللون البنفسجي بأقصر طول موجي وأعلى تردد، بينما يتميز اللون الأحمر بأطول طول موجي وأقصر تردد .
مسار الضوء خلال قطرة المطر
تعمل قطرات المطر العالقة في الجو كجهاز عاكس للضوء، حيث إن الماء له كثافة ضوئية مختلفة عن الكثافة الضوئية للهواء في الغلاف الجوي، وعندما يعبر الضوء بين الوسطين المختلفين في الكثافة الضوئية (قطرات المطر والهواء)، يحدث له ارتداد أو انعكاس، ونظرا لتقليل سرعة الضوء عند مروره عبر قطرات الماء، فإن مساره ينحني أو يقوس، وعندما يخرج الضوء مرة أخرى من قطرات الماء، ينحني مساره مرة أخرى في اتجاه مساره الأصلي، وبالتالي، تتسبب قطرات الماء في انحراف مسار الشعاع الضوئي عند دخولها وخروجها من القطر .
هناك عدد لا نهائي من المسارات التي يمكن لشعاع الضوء الخارج من الشمس أن يمر بها داخل قطرة الماء الواحدة، وفي كل مسار يتعرض الشعاع لعملية تغير مساره وأثناء دخوله وخروجه من قطرة المطر، ويتم تشتيته أو تفريقه ثم تقويسه، ويشاهده أي شخص ينظر إلى السماء .
مثلما يحدث عندما ينكسر الضوء عندما يمر عبر مثلث من الزجاج، عندما يمر ضوء الشمس الأبيض عبر قطرات الماء، ينتج عنه تشتت الألوان التي تمثل الطيف المرئي (الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي والنيلي)، وتكون زاوية انحراف الضوء القادم من الشمس والضوء المنكسر والموجه نحو عيون المراقبين على سطح الأرض حوالي 42 درجة للأحمر، وحوالي 40 درجة للأزرق. يمكن أن تختلف زوايا انكسار الضوء بسبب اختلاف مسار الضوء داخل قطرة الماء، وهناك مسارات تعتمد على موقع الشمس في السماء والجزء الذي يتلامس مع الضوء في القطرة. ومع ذلك، يكون أكبر تركيز للأشعة عندما ينكسر بزاوية تتراوح بين 40 و 42 درجة، ولذا يتشكل قوس قزح عند هذه الزوايا .
رؤية قوس قزح
يعرف الجميع قوس قزح على أنه دائري ويظهر في السماء بعد الأمطار، ويعرف المراقبون أن اللون الأحمر هو اللون الأعلى دائما. ولكن إذا كنت محظوظا بما يكفي لرؤية قوس قزح من السماء وأنت على متن طائرة، فمن الممكن رؤية قوس قزح على شكل دائرة كاملة، وذلك لأن أحدا يراقب القوس من الأرض غالبا ما يرى النصف العلوي فقط، وذلك لأن سطح الأرض يمنع رؤية النصف السفلي من القوس، بينما يستطيع من يراقب القوس من السماء رؤيته كاملا .
ويمكن أن يتكون قوس قزح في أوقات أخرى غير وقت سقوط المطر ، على سبيل المثال يسبب رذاذ الماء المتطاير عند قاعدة الشلالات تشتيت الضوء مما ينتج عنه ظهور قوس قزح ، كما أن رشاشات الماء في الحدائق تعتبر مصدر شائع لتكون قوس قزح ، حيث أن قطرات الماء وضوء الشمس هي الأدوات اللازمة لمشاهدة واحد من روائع الطبيعة “قوس قزح ” .