Duha nad Kozími hřbety
Středeční podvečerní letní déšť přinesl nad Kozí hřbety duhu. Na několik minut, než Slunce opět vykouklo zpoza mraků, byla zřetelně vidět.
Co je to duha?
Podle definice meteorologů patří duha k tzv. fotometeorům neboli jevům pozorovatelným na obloze a vznikajícím odrazem, lomem, ohybem nebo interferencí (skládáním) světla v atmosféře. Duha je charakterizována jako skupina soustředných oblouků barevného spektra, vznikajícího lomem a vnitřním odrazem slunečního nebo měsíčního světla na vodních kapkách v atmosféře.
Nejčastěji se vyskytuje duha hlavní neboli primární, za vhodných podmínek je doprovázena duhou vedlejší neboli sekundární. Připomeňme si, že optickým zářením rozumíme část spektra elektromagnetického záření v rozsahu vlnových délek od 100 nm (1 nanometr = 10-9 m) do 1 mm. Lidské oko je citlivé zhruba pouze v rozsahu 380 – 780 nm; tuto část označujeme ako viditelné záření a nazýváme jej světlem.
Světelné zdroje vysílají buď světlo jedné vlnové délky čili monochromatické světlo určité barvy (výbojka naplněná daným plynem nebo laser) nebo jiné (Slunce, žárovky) vyzařují spojité spektrum – světlo bílé. Lidské oko nedovede samo světlo rozkládat, vnímá jen, odkud přichází, jednotlivé barvy a jejich rozložení před vstupem do oka.
Rychlost šíření světla ve vakuu nezávisí na vlnové délce a je přibližně 300 000 km×s-1, se zvyšující se hustotou optického prostředí se rychlost světla snižuje a liší se pro různá monochromatická světla. Při průchodu opticky hustším prostředím se pak chovají různě, což můžeme demonstrovat např. rozkladem světla hranolem.
Teorie o podstatě světla a vysvětlení jeho šíření prodělaly řadu změn: od korpuskulární, přes vlnovou až ke kvantové teorii, z nichž každá byla schopna na své úrovni podat výklad určitých optických jevů. Jevy, při kterých je vlnová délka světla zanedbatelná vůči rozměrům překážek, s nimiž se setkává, můžeme vysvětlit použitím paprskové (geometrické optiky). A to je i případ duhy a zároveň důvod, proč její vysvětlení z hlediska optiky mohl podat již René Descartes v létech 1635 – 1637.
Problém duhy studoval na modelu jedné kapky a světla na ni dopadajícího. Světlo se při vstupu do kapky láme, pak je odráženo vnitřním, zakřiveným, zrcadlu podobným povrchem kapky a konečně se opět láme při výstupu z kapky. Descartes zjistil, že odchylka vystupujícího paprsku od směru, z něhož dopadá sluneční světlo, je pro paprsek červeného světla 180 – 42 čili 138 stupňů.
Tento paprsek je důležitý, protože reprezentuje nejmenší úhel odchylky všech paprsků setkávajících se s kapkou. Je nazýván Descartesovým nebo duhovým paprskem a většina slunečního světla lámajícího se na kapce nebo kapkou odráženého je soustředěna podle tohoto paprsku. Právě tato zvýšená koncentrace paprsků blízko minimální odchylky, dává vzniknout oblouku duhy.
Descartes píše: „Zjistil jsem, že po jednom odrazu a dvou ohybech je mnohem více paprsků, které můžeme vidět pod úhlem 42 stupňů, než těch, které můžeme vidět při menších úhlech a že pod větším úhlem nemůžeme vidět žádný“. Slunce je od nás tak daleko, že můžeme s dobrou aproximací předpokládat, že se jedná o svazek rovnoběžných paprsků dopadajících na vodní částice.
Na rozdíl od krásných představ např. kreslíře Ondřeje Sekory je typická dešťová kapka kulová a vliv na sluneční světlo je symetrický podle osy procházející středem kapky a středem světelného zdroje.
Proč je duha barevná?
Jak bylo uvedeno výše světlo různých barev (vlnových délek) se chová různě při průchodu z jednoho prostředí do druhého, v tomto případě ze vzduchu do kapek vody. Sluneční paprsek vstupuje do kapky ve formě bílého světla (směsi monochromatických světel), ale po výstupu z kapky jsou jednotlivé barvy odděleny, což je způsobeno rozdílnými indexy lomu (vystupují pod různými úhly). Představíme-li si odděleně paprsky pro červené a modré světlo, zjistíme, že odchylky jsou různé, protože modré světlo má větší index lomu.
Postup Slunce, který vyhnal kouzlo duhy od Kozích hřbetů
To naznačuje, že vidíme-li duhu a její pás barev, díváme se na světlo lomené a odrážené na různých kapkách, něco pozorujeme pod úhlem 42°, něco pod úhlem 40° a něco mezi tím. Tato duha dvou barev by měla mít šířku téměř dvou úhlových stupňů (asi 4× více, než je úhlový rozměr Měsíce v úplňku). Poznamenejme, že ačkoliv je modré světlo lomeno více, než červené, vidíme modré světlo ve vnitřním oblouku duhy, protože je vidíme podél linie, která má menší úhel (40°) pro modrou barvu.
S využitím článku Heleny Vondráčkové: http://www.treking.cz/astronomie/duha.htm
Foto: František Cinger