Czerwona tęcza monochromatyczna zaobserwowana na plaży w Ohio w 2022 roku należy do nielicznych udokumentowanych przypadków tego spektakularnego fenomenu. Choć mechanizm powstawania jest zbliżony do zwykłych tęcz, warunki konieczne do ich zaistnienia są na tyle rzadkie, że większość ludzi nigdy nie będzie miała okazji ich zobaczyć na własne oczy.
Jak powstają tęcze. Fizyka refrakcji i odbicia światła
Klasyczne tęcze to efekt skomplikowanej interakcji światła z kroplami wody zawieszonymi w powietrzu. Proces rozpoczyna się od załamania światła słonecznego, które zwalnia i zmienia kierunek podczas przechodzenia z powietrza do wody. Następnie światło ulega wewnętrznemu odbiciu od tylnej ścianki kropli i ponownie załamuje się, opuszczając kroplę w nowym kierunku.
Warunki geometryczne muszą być niezwykle precyzyjne. Słońce musi znajdować się za obserwatorem, pod kątem mniejszym niż 42° nad horyzontem, a przed nim muszą znajdować się krople wody – czy to z deszczu, czy z mgły. Im niżej słońce znajduje się na niebie, tym większy fragment łuku tęczy można zaobserwować.
Dyspersja światła i powstawanie kolorów
Magia kolorów tęczy kryje się w procesie dyspersji. Światło słoneczne składa się z wielu różnych długości fal, które zwalniają w różnym stopniu podczas przechodzenia przez wodę. Krótsze fale – fioletowe i niebieskie – załamują się znacznie bardziej niż dłuższe fale czerwone.
Czytaj także: Tęcza może mieć kształt koła, ale żeby ją dostrzec musisz wydać nieco pieniędzy
Właśnie ta różnica w załamaniu sprawia, że białe światło rozkłada się na charakterystyczne barwy. Różne kolory opuszczają kropelki pod kątami różniącymi się o około dwa stopnie, tworząc spektrum od czerwieni na zewnątrz do fioletu wewnątrz łuku.
Zjawisko czerwonych tęcz monochromatycznych
Tęcze monochromatyczne stanowią fascynujące odchylenie od klasycznego wzorca kolorowego. W przeciwieństwie do zwykłych tęcz te niezwykłe formacje wydają się być niemal całkowicie czerwone. Kluczem do ich powstawania jest specyficzna jakość światła słonecznego podczas wschodu lub zachodu słońca.
Gdy słońce znajduje się blisko horyzontu, jego światło musi przebyć znacznie dłuższą drogę przez atmosferę. Podczas tej podróży atmosfera ziemska działa jak naturalny filtr – skutecznie rozprasza krótsze długości fal światła, pozostawiając głównie światło czerwone.
Warunki powstania czerwonych tęcz
Powstanie czerwonej tęczy monochromatycznej wymaga niezwykłego zbiegu okoliczności. Słońce musi znajdować się bardzo nisko nad horyzontem – idealnie podczas złotej godziny tuż po wschodzie lub przed zachodem. Dodatkowo w odpowiednim miejscu muszą pojawić się krople wody – często w postaci lekkiej mżawki lub mgły.
Proces rozpraszania krótkich fal światła przez atmosferę jest tym skuteczniejszy, im więcej powietrza światło musi pokonać. W rezultacie niebieskie, zielone i żółte składowe spektrum zostają odfiltrowane, a do kropel wody dociera przede wszystkim światło czerwone i pomarańczowe.
Te wyjątkowe warunki sprawiają, że tęcze monochromatyczne tworzą się najczęściej w słabym oświetleniu, co dodatkowo potęguje ich dramatyczny efekt wizualny. Kontrast między ciemnym niebem a intensywnie czerwonym łukiem tworzy niezapomniane widowisko, choć trzeba przyznać, że szansa na jego zaobserwowanie jest naprawdę niewielka.
Rzeczywisty kolor słońca a percepcja barw
Paradoksalnie, zjawisko czerwonych tęczy pomaga zrozumieć prawdziwą naturę światła słonecznego. Rzeczywisty kolor słońca to biel, choć większość z nas postrzega je jako żółte. Ta różnica wynika z tego samego mechanizmu, który odpowiada za powstawanie tęcz monochromatycznych.
Słońce emituje światło w całym zakresie widma elektromagnetycznego, ze szczytem emisji przypadającym na długość fali odpowiadającą kolorowi zielonemu. Jednak ludzkie oko nie postrzega tego jako zieleni – zamiast tego widzi białe światło, ponieważ intensywność wszystkich barw widma jest niemal równa.
Czytaj także: Zjawisko iryzacji. Co to takiego i gdzie je zaobserwować?
Dlaczego więc słońce wydaje się żółte? Atmosfera ziemska rozprasza niebieskie światło skuteczniej niż czerwone, co powoduje niewielki deficyt niebieskich tonów w docierającym do nas świetle. Ten subtelny brak sprawia, że postrzegamy słońce jako lekko żółte.
Tęcze monochromatyczne to więc nie tylko rzadkie zjawisko optyczne, ale także naturalna demonstracja tego, jak atmosfera ziemska wpływa na światło słoneczne. Pokazują one w dramatyczny sposób proces, który na co dzień zachodzi w znacznie subtelniejszej formie. Dla naukowców stanowią one żywy przykład złożonych interakcji między światłem a materią, które kształtują nasz sposób postrzegania świata. Choć niewielu z nas będzie miało okazję je zobaczyć, samo istnienie takich zjawisk przypomina nam, jak skomplikowane i fascynujące mogą być procesy zachodzące w przyrodzie.