قوس المطر

قوس قزح هو ظاهرة أرصاد جوية تنتج عن انعكاس وانكسار وتشتيت الضوء في قطرات الماء مما يؤدي إلى ظهور طيف من الضوء في السماء. يأخذ شكل قوس دائري متعدد الألوان. تظهر قوس قزح بسبب أشعة الشمس دائما في قسم السماء مباشرة مقابل الشمس.

يمكن أن يكون قوس قزح دوائر كاملة. ومع ذلك ، لا يرى المراقب عادة سوى قوس يتكون من قطرات مضيئة فوق الأرض ، ويركز على خط من الشمس إلى عين الراصد.

في قوس قزح الأساسي ، يظهر القوس باللون الأحمر على الجزء الخارجي والبنفسجي على الجانب الداخلي. يعود سبب قوس قزح هذا إلى انكسار الضوء عند دخول قطرة ماء ، ثم ينعكس داخل الجزء الخلفي من القطرة وينكسر مرة أخرى عند تركه.

في قوس قزح مزدوج ، يُنظر إلى قوس آخر خارج القوس الأساسي ، وينعكس ترتيب ألوانه ، مع الأحمر على الجانب الداخلي للقوس. يحدث هذا بسبب انعكاس الضوء مرتين داخل القطرة قبل تركها.

نظرة عامة
لا يوجد قوس قزح على مسافة محددة من المراقب ، ولكنه يأتي من وهم بصري ينتج عن أي قطرات ماء ينظر إليها من زاوية معينة بالنسبة لمصدر الضوء. وبالتالي ، فإن قوس قزح ليس كائنًا ولا يمكن مقاربته جسديًا. في الواقع ، من المستحيل على المراقب رؤية قوس قزح من قطرات الماء في أي زاوية أخرى غير العرفية 42 درجة من الاتجاه المعاكس لمصدر الضوء. حتى إذا رأى أحد المراقبين مراقبًا آخر يبدو “تحت” أو “في نهاية” قوس قزح ، فإن المراقب الثاني سيشاهد قوس قزح مختلفًا – بعيدًا – في نفس الزاوية كما يراه المراقب الأول.

أقواس قزح تمتد على طيف مستمر من الألوان. أي عصابات متميزة ينظر إليها هي من صنع الإنسان من رؤية اللون البشري ، ولا يوجد أي تزاوج من أي نوع في صورة سوداء وأبيض لقوس قزح ، فقط تدرج سلس للكثافة إلى أقصى حد ، ثم يتلاشى نحو الجانب الآخر. بالنسبة للألوان التي تراها العين البشرية ، فإن أكثر التسلسلات التي يتم ذكرها وتذكّرها هي نيوتن ذات سبعة أضعاف الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي ، يتذكرها ريتشارد أوف يورك غيفل باتل إن فاين (ROYGBIV).

يمكن أن يكون سبب أقواس قزح عن طريق العديد من أشكال المياه المحمولة جوا. وتشمل هذه ليس المطر فحسب ، بل أيضًا الضباب والرذاذ والندى المحمول جواً.

رؤية
ويمكن ملاحظة قوس قزح عندما تكون هناك قطرات في الماء وضوء الشمس تسطع من وراء الراصد عند زاوية ارتفاع منخفض. وبسبب هذا ، عادة ما ينظر إلى قوس قزح في السماء الغربية أثناء الصباح وفي السماء الشرقية في وقت مبكر من المساء. يحدث أكثر عروض قوس قزح مذهلة عندما يكون نصف السماء لا يزال مظلماً مع السحب الممطرة ويكون الراصد في مكان به سماء صافية في اتجاه الشمس. والنتيجة هي قوس قزح مضيئة تتناقض مع الخلفية المظلمة. خلال ظروف الرؤية الجيدة هذه ، يكون قوس قزح الثانوي الأكبر ولكن الأكثر غموضاً ظاهراً للعيان. يبدو حوالي 10 درجة خارج قوس قزح الأساسي ، مع ترتيب عكسي من الألوان.

كما ينظر إلى تأثير قوس قزح بشكل شائع بالقرب من الشلالات أو النوافير. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنشاء التأثير بشكل مصطنع عن طريق تفريق قطرات الماء في الهواء خلال يوم مشمس. نادرًا ، يمكن رؤية قوس قزح أو قوس قزح أو قوس قزح ليلي في الليالي المقمرة بقوة. بما أن الإدراك البصري البشري للون ضعيف في الضوء الخافت ، فغالبًا ما ينظر إلى قمر البحر على أنه أبيض.

يصعب تصوير نصف دائرة كاملة لقوس قزح في إطار واحد ، لأن ذلك يتطلب زاوية نظر تصل إلى 84 درجة. بالنسبة إلى كاميرا مقاس 35 مم ، ستكون هناك حاجة إلى عدسة واسعة الزاوية ببعد بؤري يبلغ 19 ملم أو أقل. الآن تتوفر برامج لربط عدة صور في بانوراما ، يمكن إنشاء صور للقوس بأكمله وأقواس ثانوية بسهولة إلى حد ما من سلسلة من الأطر المتداخلة.

من فوق الأرض كما في الطائرة ، من الممكن أحيانًا رؤية قوس قزح كدائرة كاملة. يمكن الخلط بين هذه الظاهرة وظاهرة المجد ، ولكن عادة ما يكون المجد أصغر بكثير ، حيث لا يغطي سوى 5-20 درجة.

السماء داخل قوس قزح الأساسي أكثر إشراقا من السماء خارج القوس. وذلك لأن كل قطرة مطر عبارة عن كرة تنفث الضوء فوق قرص دائري كامل في السماء. يعتمد نصف قطر القرص على طول موجة الضوء ، مع تناثر الضوء الأحمر على زاوية أكبر من الضوء الأزرق. على معظم القرص ، يتداخل الضوء المتناثر عند جميع أطوال الموجات ، مما يؤدي إلى الضوء الأبيض الذي يضيء السماء. على الحافة ، فإن اعتماد الطول الموجي للانتثار يؤدي إلى قوس قزح.

ضوء قوس قوس قزح الأساسي هو 96 ٪ الاستقطاب التمسيري للقوس. ضوء القوس الثاني هو 90 ٪ الاستقطاب.

عدد الألوان في الطيف أو قوس قزح
الطيف المتحصل عليه باستخدام منشور زجاجي ومصدر نقطة هو سلسلة متصلة من الأطوال الموجية بدون نطاقات. عدد الألوان التي يمكن للعين البشرية تمييزها في الطيف هو في حدود 100. وبناءً عليه ، فإن نظام ألوان Munsell (وهو نظام يعود إلى القرن العشرين من أجل وصف الألوان رقميًا ، استنادًا إلى خطوات متساوية للإدراك البصري البشري) يميز 100 الأشكال. إن التصرفات الواضحة للألوان الرئيسية هي صنعة من الإدراك البشري والعدد الدقيق للألوان الرئيسية هو خيار تعسفي إلى حد ما.

نيوتن ، الذي اعترف بأن عينيه لم تكن حرجة للغاية في التمييز بين الألوان ، في الأصل (1672) قسمت الطيف إلى خمسة ألوان رئيسية: الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي. في وقت لاحق شمل البرتقالي والنيو ، مما يعطي سبعة ألوان رئيسية قياسا على عدد من الملاحظات في نطاق موسيقي. اختار نيوتن تقسيم الطيف المرئي إلى سبعة ألوان من المعتقد المستمد من معتقدات السفسطائيين اليونانيين القدماء ، الذين اعتقدوا أن هناك علاقة بين الألوان والملاحظات الموسيقية والكائنات المعروفة في النظام الشمسي ، وأيام الإسبوع.

وفقا لإسحاق آسيموف ، “من المعتاد أن يدرج النيلي لونا ملونا بين الأزرق والبنفسجي ، ولكن لم يبد لي أن النيلي يستحق كرامة أن يعتبر لونا منفصلا. بالنسبة إلى عيني يبدو مجرد زرقاء عميقة. ”

يختلف نمط ألوان قوس قزح عن الطيف ، وتكون الألوان أقل تشبعًا. هناك طيف طيفي في قوس قزح بسبب حقيقة أنه بالنسبة لأي طول موجي معين ، هناك توزيع لزوايا الخروج ، بدلاً من زاوية واحدة غير متغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، قوس قزح هو نسخة غير واضحة من القوس التي تم الحصول عليها من مصدر نقطة ، لأنه لا يمكن إهمال قطر القرص للشمس (0.5 درجة) بالمقارنة مع عرض قوس قزح (2 °). وبالتالي ، قد يختلف عدد النطاقات اللونية في قوس قزح عن عدد النطاقات في الطيف ، خاصة إذا كانت القطيرات كبيرة أو صغيرة على وجه الخصوص. لذلك ، فإن عدد ألوان قوس قزح هو متغير. ومع ذلك ، إذا استخدمت كلمة قوس قزح بشكل غير دقيق على أنه يعني الطيف ، فهو عدد الألوان الرئيسية في الطيف.

مسألة ما إذا كان كل شخص يرى سبعة ألوان في قوس قزح مرتبط بفكرة النسبية اللغوية. لقد قدمت اقتراحات بأن هناك عالمية في الطريقة التي ينظر بها قوس قزح. ومع ذلك ، تشير الأبحاث الأكثر حداثة إلى أن عدد الألوان المتميزة التي تمت ملاحظتها وما يسمى هذه تعتمد على اللغة التي يستخدمها الشخص مع الأشخاص الذين تحتوي لغتهم على عدد أقل من الكلمات اللونية التي ترى نطاقات ملونة أقل.

تفسير
عندما يواجه ضوء الشمس قطرة مطر ، ينعكس جزء من الضوء والباقي يدخل قطرة المطر. ينكسر الضوء على سطح قطرة المطر. عندما يسقط هذا الضوء خلف قطرة المطر ، ينعكس جزء منها من الخلف. عندما يصل الضوء المنعكس داخليا إلى السطح مرة أخرى ، ينعكس البعض مرة أخرى داخليا وبعضها ينكسر لأنه يخرج من الانخفاض. (إن الضوء الذي ينعكس عن الهبوط ، أو الخروج من الخلف ، أو يستمر في الإرتداد داخل القطرة بعد اللقاء الثاني مع السطح ، لا علاقة له بتكوين قوس قزح الأساسي.) التأثير الكلي هو أن جزءًا من وينعكس الضوء الوارد على مدى من 0 درجة إلى 42 درجة ، مع أشد ضوء في 42 درجة. هذه الزاوية مستقلة عن حجم الهبوط ، ولكنها تعتمد على معامل انكسارها. تحتوي مياه البحر على معامل انكسار أعلى من مياه الأمطار ، لذلك فإن نصف قطر “قوس قزح” في رذاذ البحر أصغر من قوس قزح حقيقي. هذا واضح للعين المجردة عن طريق اختلاف هذه الأقواس.

السبب في أن الضوء العائد أكثر كثافة عند حوالي 42 درجة هو أن هذا هو نقطة تحول – الضوء الذي يصل إلى الحلقة الخارجية من القطرة يحصل على أقل من 42 درجة ، كما يفعل الضوء الذي يوجه القطرة إلى مركزها. هناك شريط دائري من الضوء الذي يتم إرجاعه جميعًا حوالي 42 درجة. إذا كانت الشمس متوازية في الليزر ، أشعة أحادية اللون ، فإن إضاءة (سطوع) القوس تميل نحو اللانهاية عند هذه الزاوية (تجاهل تأثيرات التداخل). (انظر الكواشف (البصريات).) ولكن بما أن نصوع الشمس منتهٍ ولا تكون أشعته متوازية (فهي تغطي حوالي نصف درجة من السماء) فإن الإنارة لا تذهب إلى ما لا نهاية. علاوة على ذلك ، يتوقف مقدار انكسار الضوء على طول موجته ، وبالتالي لونه. هذا التأثير يسمى التشتت. ينكسر الضوء الأزرق (الطول الموجي الأقصر) بزاوية أكبر من الضوء الأحمر ، ولكن نظرًا لانعكاس أشعة الضوء من مؤخرة القطرة ، يظهر الضوء الأزرق من القطيرة بزاوية أصغر إلى شعاع الضوء الأبيض الأصلي. الضوء الأحمر. نظرًا لهذه الزاوية ، يظهر اللون الأزرق في داخل قوس قوس قزح الأساسي ، والأحمر من الخارج. نتيجة هذا ليس فقط لإعطاء ألوان مختلفة لأجزاء مختلفة من قوس قزح ، ولكن أيضا للحد من سطوع. (يكون “قوس قزح” الذي يتكون من قطرات من سائل بدون تشتت أبيض ، ولكنه أكثر إشراقا من قوس قزح عادي.)

لا يمر الضوء في الجزء الخلفي من قطرة المطر بانعكاس داخلي كلي ، وينشأ بعض الضوء من الخلف. ومع ذلك ، فإن الضوء الذي يخرج من قطرة المطر لا يخلق قوس قزح بين المراقب والشمس لأن الأطياف المنبعثة من الجزء الخلفي من قطرات المطر لا يكون لها حد أقصى من الشدة ، كما تفعل أقواس قزح مرئية أخرى ، وبالتالي تمتزج الألوان معا بدلا من تشكيل قوس قزح.

قوس قزح غير موجود في مكان معين. توجد العديد من أقواس قزح؛ ومع ذلك ، يمكن رؤية واحد فقط اعتمادا على وجهة نظر المراقب معين كقطرات من الضوء مضاءة بالشمس. تنكسر جميع قطرات المطر وتعكس ضوء الشمس بنفس الطريقة ، لكن الضوء من بعض قطرات المطر يصل فقط إلى عين الراصد. هذا الضوء هو ما يشكل قوس قزح لذلك المراقب. يحتوي النظام بأكمله المكون من أشعة الشمس ورأس الراصد وقطرات الماء (الكروية) على تناظر محوري حول المحور من خلال رأس الراصد وبالتوازي مع أشعة الشمس. قوس قزح منحني لأن مجموعة جميع قطرات المطر التي لها الزاوية الصحيحة بين الراصد ، والغطس ، والشمس ، تكمن على مخروط يشير إلى الشمس مع الراصد عند الطرف. تشكل قاعدة المخروط دائرة بزاوية مقدارها 40- 42 ° للخط بين رأس الراصد والظل ، لكن 50٪ أو أكثر من الدائرة تقع تحت الأفق ، إلا إذا كان الراصد أعلى بكثير من سطح الأرض نرى كل شيء ، على سبيل المثال في طائرة (انظر أعلاه). بدلا من ذلك ، قد يرى المراقب مع نقطة المراقبة الصحيحة الدائرة الكاملة في نافورة أو رذاذ شلال.

الاشتقاق الرياضي
يمكننا تحديد الزاوية المتصورة التي يرمز إليها قوس قزح كما يلي.

بالنظر إلى قطرة المطر الكروية ، وتحديد الزاوية المتصورة لقوس قزح بمقدار 2φ ، وزاوية الانعكاس الداخلي 2β ، فإن زاوية حدوث أشعة الشمس بالنسبة لسطح القطرة الطبيعي هي 2β – φ. بما أن زاوية الانكسار هي β ، فإن قانون سنيل يعطينا

sin (2β – φ) = n sin β،
حيث n = 1.333 هو مؤشر الانكسار للمياه. حل φ ، نحصل

φ = 2β – arcsin (n sin β).
سيحدث قوس قزح عندما تكون الزاوية φ أقصى بالنسبة للزاوية β. لذلك ، من حساب التفاضل والتكامل ، يمكننا تعيين dφ / dβ = 0 ، وحل لـ β ، التي تنتج

استرجاع مرة أخرى إلى المعادلة السابقة ل φ العائد 2φmax ≈ 42 ° كزاوية نصف قطر قوس قزح.

الاختلافات

أقواس قزح متعددة
ينتج قوس قزح الثانوي عن انعكاس مزدوج لأشعة الشمس داخل قطرات المطر ، ويتمركز على الشمس نفسها. هم حوالي 127 درجة (البنفسجي) إلى 130 درجة (أحمر) واسعة. نظرًا لأن هذا يزيد عن 90 درجة ، فإنه يُرى على نفس الجانب من السماء مثل قوس قزح الأساسي ، حوالي 10 ° فوقه عند زوايا ظاهرة تتراوح بين 50 و 53 درجة. نتيجة ل “داخل” القوس الثانوية يجري “يصل” إلى المراقب ، تظهر الألوان عكس مقارنة مع القوس الأساسي. قوس قزح الثانوي هو خفب من الابتدائي لأن المزيد من الضوء يهرب من اثنين من الانعكاسات مقارنة مع واحد ولأن قوس قزح نفسها تنتشر على مساحة أكبر من السماء. كل قوس قزح يعكس الضوء الأبيض داخل نطاقاته الملونة ، ولكن هذا هو “لأسفل” للابتدائي و “لأعلى” للمرحلة الثانوية. وتسمى المنطقة المظلمة من السماء غير المضاءة بين الأقواس الأولية والثانوية فرقة ألكسندر ، بعد ألكسندر أفروديسياس الذي وصفها لأول مرة.

قوس قزح التوأم
على عكس قوس قزح مزدوج يتكون من قوسين قوسين منفصلين ومتمركزين ، يظهر قوس قزح التوأمي النادر جداً كقوسين قوس قزح ينقسمان من قاعدة واحدة. تظهر الألوان في القوس الثاني ، بدلاً من الرجوع كما في قوس قزح ثانوي ، بنفس ترتيب قوس قزح الأساسي. وقد يكون قوس قزح ثانوي “طبيعي” موجودًا أيضًا. يمكن أن تبدو أقواس قزح التوأمية مشابهة ، ولكن لا ينبغي الخلط بينها وبين العصابات الزائدة. يمكن التمييز بين هاتين الظاهرتين من خلال اختلافهما في الملامح اللونية: تتألف النطاقات الزائدة من ألوان الباستيل المنخفضة (خاصة اللون الوردي والأرجواني والأخضر) ، بينما يظهر قوس قزح التوأم نفس الطيف مثل قوس قزح عادي. سبب قوس قزح توأمة هو مزيج من أحجام مختلفة من قطرات الماء تسقط من السماء. بسبب مقاومة الهواء ، تتساقط قطرات المطر مع سقوطها ، كما أن التسطيح أكثر بروزًا في قطرات الماء الكبيرة. عندما يتحد اثنين من الدش المطري مع قطرات المطر ذات الأحجام المختلفة ، ينتج كل منهما أقواس قزح مختلفة قليلاً والتي قد تجمع وتكوّن قوس قزح مزدوج. أظهرت دراسة تتبع الأشعة العددية أنه يمكن تفسير قوس قزح توأمي على صورة بمزيج من قطرات 0.40 و 0.45 مم. أدى هذا الفارق الصغير في حجم القطيرات إلى اختلاف بسيط في تسطيح شكل القطرة ، وفرق كبير في تسطيح قوس قزح.

وفي الوقت نفسه ، لوحظت حالة أكثر ندرة من قوس قزح إلى ثلاثة فروع وتصويرها في الطبيعة.

قوس قزح دائرة كاملة
من الناحية النظرية ، كل قوس قزح عبارة عن دائرة ، ولكن من الأرض ، يمكن رؤية نصفه العلوي فقط. بما أن مركز قوس قزح يتعارض تمامًا مع وضع الشمس في السماء ، فإن المزيد من الدائرة يظهر في الوقت الذي تقترب فيه الشمس من الأفق ، مما يعني أن أكبر جزء من الدائرة عادةً ما يُرى بنحو 50٪ أثناء الغروب أو شروق الشمس. يتطلب عرض النصف الأسفل من قوس قزح وجود قطرات الماء تحت أفق الراصد ، وكذلك ضوء الشمس القادر على الوصول إليهم. لا يتم استيفاء هذه المتطلبات عادة عندما يكون العارض في مستوى الأرض ، إما بسبب غياب القطيرات في الموضع المطلوب ، أو بسبب حجب ضوء الشمس من خلال المشهد خلف الراصد. من وجهة نظر عالية مثل مبنى مرتفع أو طائرة ، ومع ذلك ، يمكن تلبية المتطلبات ويمكن رؤية قوس قزح دائرة كاملة. مثل قوس قزح جزئي ، يمكن أن يكون قوس قزح الدائري قوس ثانوي أو أقواس الزائدة كذلك. من الممكن إنتاج الدائرة الكاملة عند الوقوف على الأرض ، على سبيل المثال عن طريق رش ضباب مائي من خرطوم مياه في مواجهة بعيدا عن الشمس.

لا ينبغي الخلط بين قوس قزح دائري والمجد ، الذي هو أصغر بكثير في القطر ويتم إنشاؤه بواسطة عمليات بصرية مختلفة. في الظروف المناسبة ، يمكن أن يحدث مجود وقوس قزح (دائري) أو ضباب معا. هناك ظاهرة جوية أخرى قد تكون خاطئة “قوس قزح دائري” هي هالة 22 درجة ، والتي تسببها بلورات الثلج بدلاً من قطرات الماء السائل ، وتقع حول الشمس (أو القمر) ، وليس العكس.

قوس قزح الزاءد
في ظروف معينة ، يمكن رؤية واحدة أو عدة نطاقات ضيقة ضيقة الألوان على حافة حافة قوس قزح البنفسجية. أي داخل القوس الأساسي أو ، أكثر من ذلك نادرا ، خارج الثانوية. تسمى هذه العصابات الزائدة أقواس قزح الزائدة أو العصابات الزائدة ؛ جنبا إلى جنب مع قوس قزح نفسها وتعرف هذه الظاهرة أيضا باسم قوس قزح مكدس. تنفصل الأقواس الزائدة قليلاً عن القوس الرئيسي ، وتصبح أكثر خفوتًا إلى جانب المسافة بينها ، ولها ألوان الباستيل (تتكون أساسًا من ألوان زهرية ، أرجوانية وخضراء) بدلاً من نمط الطيف المعتاد. يصبح التأثير ظاهراً عندما تكون قطيرات الماء متضمنة ويكون قطرها حوالي 1 مم أو أقل ؛ كلما كانت القطيرات أصغر ، كلما أصبحت العصابات الزائدة أصغر ، وأقل تشبعًا في ألوانها. وبسبب أصلها في قطيرات صغيرة ، تميل العصابات الزائدة إلى أن تكون بارزة بشكل خاص في الضباب.

لا يمكن تفسير قوس قزح الزائد باستخدام البصريات الهندسية الكلاسيكية. تحدث الأشرطة الخافتة بالتناوب بين الأشعة الضوئية بعد مسارات مختلفة قليلاً مع أطوال متفاوتة قليلاً داخل قطرات المطر. بعض الأشعة في الطور ، معززة بعضها البعض من خلال تدخل بناء ، وخلق النطاق مشرق. والبعض الآخر خارج الطور بمقدار يصل إلى نصف طول موجة ، يلغي كل منهما الآخر من خلال التداخل المدمر ، وخلق فجوة. بالنظر إلى زوايا الانكسار المختلفة للأشعة ذات الألوان المختلفة ، فإن أنماط التداخل تختلف اختلافًا طفيفًا بالنسبة للأشعة ذات الألوان المختلفة ، لذلك فإن كل نطاق مشرق يتميز بلون مختلف ، مما يخلق قوس قزح مصغرًا. أقواس قزح الزائدة تكون أكثر وضوحًا عندما تكون قطرات المطر صغيرة الحجم وذات حجم موحد. كان وجود أقواس قزح الزائدة جدا تاريخيا مؤشرا أوليا على الطبيعة الموجية للضوء ، وقدم التفسير الأول توماس يونغ في 1804.

يعكس قوس قزح ، قوس قزح انعكاس
عندما يظهر قوس قزح فوق جسم من الماء ، يمكن رؤية اثنين من أقواس المرآة المكملة أسفل وفوق الأفق ، تنشأ من مسارات ضوئية مختلفة. أسمائهم مختلفة قليلا.

قد يظهر قوس قزح منعكس في سطح الماء تحت الأفق. تنحرف أشعة الشمس لأول مرة عن قطرات المطر ، ثم تنعكس من جسم الماء ، قبل الوصول إلى الراصد. يظهر قوس قزح المنعكس بشكل متكرر ، جزئيًا على الأقل ، حتى في البرك الصغيرة.

يمكن إنتاج قوس قزح انعكاس حيث تنعكس أشعة الشمس على جسم من الماء قبل الوصول إلى قطرات المطر (انظر الرسم التخطيطي) ، إذا كان جسم الماء كبيرًا وهادئًا على سطحه بالكامل وقريبًا من ستارة المطر. يظهر قوس قزح الانعكاس فوق الأفق. إنه يتقاطع مع قوس قزح طبيعي في الأفق ، وقوسه يصل إلى أعلى في السماء ، مع مركزه عاليا فوق الأفق حيث يقع مركز قوس قزح الطبيعي تحته. نظرًا لمزيج المتطلبات ، نادرًا ما يكون قوس قزح انعكاس مرئيًا.

يمكن تمييز ما يصل إلى ثمانية أقواس منفصلة في حالة حدوث قوس قزح المنعكسة والانعكاس في وقت واحد: الأقواس الأولية والثانوية (غير الانعكاسية) فوق الأفق مع نظائرها المعكوسة أسفلها ، والأقواس الأولية والثانوية الانعكاسية فوق الأفق مع نظرائهم المعكوسة تحته.

قوس قزح أحادي اللون
من حين لآخر يمكن أن يحدث الدش عند شروق الشمس أو غروبها ، حيث تكون أطوال الموجات الأقصر مثل الأزرق والأخضر متناثرة وتمت إزالتها بشكل أساسي من الطيف. قد يحدث مزيد من الانتثار بسبب المطر ، ويمكن أن تكون النتيجة أحادية اللون نادرة أو دراماتيكية أو قوس قزح أحمر.

قوس قزح العالي الترتيب
بالإضافة إلى الأقواس القاعدية الأولية والثانوية الشائعة ، من الممكن أيضًا أن تتشكل أقواس قزح ذات أوامر أعلى. يتم تحديد ترتيب قوس قزح من خلال عدد الانعكاسات الضوئية داخل قطرات الماء التي تقوم بإنشائه: ينتج انعكاس واحد في الترتيب الأول أو قوس قزح الأساسي. انعكاسين خلق قوس قزح من الدرجة الثانية أو الثانوية. مزيد من الانعكاسات الداخلية تتسبب في انحناءات أوامر أعلى – نظريًا إلى ما لا نهاية. ومع فقدان المزيد والمزيد من الضوء مع كل انعكاس داخلي ، ومع ذلك ، يصبح كل القوس اللاحق باهتًا بشكل تدريجي وبالتالي يزداد صعوبة اكتشافه. هناك تحدٍ إضافي في ملاحظة الأقواس القُطرية من الرتبة الثالثة (أو الثالثة) والتربة الرابعة (الرابعة) هي موقعها في اتجاه الشمس (حوالي 40 درجة و 45 درجة من الشمس على التوالي) ، مما يؤدي إلى غرقها في الشمس. وهجها.

لهذه الأسباب ، نادرا ما تظهر أقواس قزح التي ترتفع بشكل طبيعي عن طلب أعلى من 2 للعين المجردة. ومع ذلك ، فقد تم الإبلاغ عن مشاهدات للربيع من المرتبة الثالثة في الطبيعة ، وفي عام 2011 تم تصويرها نهائياً للمرة الأولى. بعد ذلك بفترة وجيزة ، تم تصوير قوس قزح من المرتبة الرابعة أيضًا ، وفي عام 2014 تم نشر أول صور لقوس قزح من المرتبة الخامسة (أو quinary) ، تقع بين الأقواس الأولية والثانوية.

في إعداد المختبر ، من الممكن إنشاء أقواس أوامر أعلى من ذلك بكثير. رسم فيليكس بيلت (1808-1882) مواقع زوايا تصل إلى قوس قزح من المرتبة 19 ، وهو نمط سماه “وردة قوس قزح”. في المختبر ، من الممكن مراقبة أقواس قزح عالية المستوى باستخدام ضوء لامع للغاية ومصباح جيد ناتج عن طريق الليزر. تم الإبلاغ عن ما يصل إلى قوس قزح من 200 طلب بواسطة Ng et al. في عام 1998 باستخدام طريقة مماثلة ولكن شعاع ليزر أيون الأرجون.

لا ينبغي الخلط بين قوسين قوسين رباعي ورباعي مع أقواس قزح “ثلاثية” و “رباعية” ، وهي مصطلحات تستخدم في بعض الأحيان بشكل خاطئ للإشارة إلى الأقواس الزائدة والأقواس الزهرية الأكثر شيوعًا.

قوس قزح تحت ضوء القمر
مثل معظم الظواهر البصرية في الغلاف الجوي ، يمكن أن يكون سبب أقواس قزح الضوء من الشمس ، ولكن أيضا من القمر. في حالة الأخير ، يشار إلى قوس قزح باسم قوس قزح أو قمر قمر. فهي أكثر خفوتًا وأكثر ندرة من أقواس قزح الشمسية ، مما يتطلب أن يكون القمر شبه ممتلئ حتى يتم رؤيتها. لنفس السبب ، غالباً ما ينظر إلى moonbows على أنها بيضاء ويمكن اعتبارها أحادية اللون. ومع ذلك ، فإن الطيف الكامل موجود ، ولكن العين البشرية ليست حساسة بدرجة كافية لرؤية الألوان. في بعض الأحيان ، تعرض صور التعرض الطويل اللون في هذا النوع من قوس قزح.

Fogbow
تتكون الأشكال المدببة بنفس الطريقة مثل قوس قزح ، ولكنها تتشكل بواسطة قطرات صغيرة من السحب والضباب أصغر بكثير ، والتي تنشر الضوء على نطاق واسع. هم تقريبا أبيض مع [ريدس] باهتة في الخارج وكآبة داخليّة؛ في كثير من الأحيان يمكن تمييز نطاق عريض واحد أو أكثر داخل الحافة الداخلية. الألوان قاتمة لأن القوس في كل لون واسع جداً وتتداخل الألوان. وينظر عادة إلى Fogbows فوق الماء عندما يكون الهواء المتلامس مع الماء البارد مبردًا ، ولكن يمكن العثور عليه في أي مكان إذا كان الضباب رقيقًا بما فيه الكفاية لتتألق الشمس فيه والشمس مشرقة إلى حد ما. فهي كبيرة جدًا – بحجم كبير مثل قوس قزح وأوسع بكثير. تظهر أحيانا بمجد في مركز القوس.

لا ينبغي الخلط بين أقواس الضباب وهالات الجليد ، والتي هي شائعة جدا في جميع أنحاء العالم ومرئية أكثر بكثير من أقواس قزح (من أي ترتيب) ، ولكن لا علاقة لها أقواس قزح.

أقواس محيطية وأخرى قاطعة
الأركان القبلية والأفقية هي ظاهرتان مرتبطتان متشابهتان في المظهر إلى قوس قزح ، ولكن خلافا للأخيرة ، يكمن أصلهما في انكسار الضوء عبر بلورات الجليد السداسية بدلا من قطرات الماء السائل. هذا يعني أنهم ليسوا أقواس قزح ، ولكن أعضاء في عائلة كبيرة من الهالات.

كلا القوسين عبارة عن أجزاء دائرية ذات ألوان زاهية تتمحور حول السمت ، ولكن في أوضاع مختلفة في السماء: القوس المنحني هو منحني بشكل ملحوظ ويقع فوق مستوى الشمس (أو القمر) مع جانبه المحدب الذي يشير إلى الأسفل (خلق انطباع عن “الجانب العلوي” أسفل قوس قزح “) ؛ قوس المحيط الأفقى أقرب بكثير إلى الأفق ، هو أكثر استقامة ويقع على مسافة كبيرة تحت الشمس (أو القمر). يحتوي كل من القوسين على جانب أحمر موجه نحو الشمس وجزءهما البنفسجي بعيدًا عنهما ، وهذا يعني أن القوس المحيطي أحمر في القاع ، في حين أن القوس المحيطي يكون أحمر اللون في الأعلى.

أحيانًا ما يشار إلى القوس المحيطي عن طريق “قوس قزح النار” misnomer. من أجل مشاهدته ، يجب أن تكون الشمس أو القمر على الأقل 58 درجة فوق الأفق ، مما يجعله نادر الحدوث عند خطوط العرض الأعلى. إن القفص المحيطي ، المرئي فقط عند ارتفاع الشمس أو القمر على الأقل أقل من 32 درجة ، هو أكثر شيوعًا ، ولكنه غالبًا ما يتم تفويته نظرًا لأنه يحدث تقريبًا بشكل مباشر.

قوس قزح على تيتان
وقد اقترح أن قوس قزح قد توجد على القمر زحل تيتان ، لأنه يحتوي على سطح مبلل والغيوم الرطبة. سيكون نصف قطر قوس قزح تيتان حوالي 49 درجة بدلاً من 42 درجة ، لأن السائل في البيئة الباردة هو الميثان بدلاً من الماء. على الرغم من أن الأقواس الواضحة المرئية قد تكون نادرة بسبب سماء تايتان الضبابية ، إلا أن أقواس قزح الأشعة تحت الحمراء قد تكون أكثر شيوعًا ، إلا أن المراقب يحتاج إلى نظارات للرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء لرؤيتها.

أقواس قزح بمواد مختلفة
قطرات (أو كرات) تتكون من مواد ذات مؤشرات انكسار مختلفة عن المياه العادية التي تنتج أقواس قزح ذات زوايا نصف قطر مختلفة. بما أن المياه المالحة لديها مؤشر إنكسار أعلى ، فإن القوس رذاذ البحر لا يتواءم تماما مع قوس قزح العادي ، إذا رأينا في نفس المكان. يمكن استخدام رقاقات بلاستيكية أو زجاجية صغيرة في وضع علامات على الطرق كعاكس لتحسين الرؤية من قبل السائقين في الليل. بسبب وجود معامل انكسار أعلى من ذلك بكثير ، فإن أقواس قزح الملاحظة على مثل هذه الرخام لها نصف قطر أصغر بشكل ملحوظ. يمكن للمرء بسهولة تكرار هذه الظواهر عن طريق رش السوائل بمؤشرات انكسار مختلفة في الهواء ، كما هو موضح في الصورة.

يمكن دفع إزاحة قوس قزح بسبب مؤشرات الانكسار المختلفة إلى حد غريب. بالنسبة لمواد ذات معامل انكسار أكبر من 2 ، لا توجد زاوية تستوفي متطلبات قوس قزح من الرتبة الأولى. على سبيل المثال ، يبلغ مؤشر انكسار الألماس حوالي 2.4 ، لذا فإن كرات الماس ستنتج أقواس قزح بدءا من الترتيب الثاني ، مع حذف الترتيب الأول. بشكل عام ، بما أن مؤشر الإنكسار يفوق عدد n + 1 ، حيث n هو عدد طبيعي ، فإن زاوية الإصابة الحرجة للأشعة المنعكسة داخليًا تفلت من المجال . هذه النتائج في قوس قزح من النظام الاليكتروني يتقلص إلى نقطة مضادة للذوبان والتلاشي.

تجارب

التجارب على ظاهرة قوس قزح باستخدام قطرات المطر الصناعية ، أي قوارير كروية مملوءة بالماء ، تعود على الأقل إلى ثيودوريك من فرايبرغ في القرن الرابع عشر. في وقت لاحق ، درس ديكارت أيضًا هذه الظاهرة باستخدام قارورة فلورنس. لا تزال تجربة القارورة المعروفة باسم قوس قزح في فلورنسا تستخدم في كثير من الأحيان اليوم كتجربة عرض فاحشة ويمكن الوصول إليها بشكل حدسي لظاهرة قوس قزح. وهو يتألف من الإضاءة (مع ضوء أبيض متوازي) قارورة كروية مملوءة بالماء من خلال ثقب في الشاشة. ثم يظهر قوس قزح مرة أخرى / مسقطة على الشاشة ، شريطة أن تكون الشاشة كبيرة بما يكفي. ونظرًا لسماكة الجدار المحدود والطابع الماكروسكوبي لمطر قطرة المطر الاصطناعي ، توجد عدة اختلافات بسيطة مقارنة بالظاهرة الطبيعية ، بما في ذلك زوايا قوس قزح المتغيرة قليلاً وتقسيم أوامر قوس قزح.

تتمثل تجربة مشابهة جداً في استخدام وعاء زجاجي أسطواني مملوء بالماء أو أسطوانة شفافة محكمة ومضيئة إما موازية للقاعدة الدائرية (أي أشعة ضوئية متبقية بارتفاع ثابت أثناء نقل الأسطوانة) أو تحت زاوية القاعدة. في ظل هذه الظروف الأخيرة تتغير زوايا قوس قزح بالنسبة للظاهرة الطبيعية منذ مؤشر الانكسار الفعال لتغيرات المياه (ينطبق مؤشر برافيس للانكسار للأشعة المائلة).

تستخدم التجارب الأخرى قطرات سائلة صغيرة ، انظر النص أعلاه.

حضاره

تحدث أقواس قزح بشكل متكرر في الميثولوجيا ، وقد استخدمت في الفنون. واحدة من أقدم الأحداث الأدبية لقوس قزح هي في سفر 9 من كتاب سفر التكوين ، كجزء من قصة فيضان نوح ، حيث أنها علامة على عهد الله ألا تدمر كل الحياة على الأرض مع فيضان عالمي مرة أخرى. في الأساطير الإسكندنافية ، يربط جسر قوس قزح Bifröst عالم الرجال (Midgard) وبين عالم الآلهة (Asgard). كان كوتشهافيرا إله قوس قزح لموسيكا في كولومبيا الحالية ، وعندما انتهى هطول الأمطار المعتادة على بوغوتا سافانا ، شكره الناس على تقديم الذهب والقواقع والزمرد الصغيرة. وعادة ما يقال أن مكان إخفاء مخبأ الأيرلندي السري عن وعاءه من الذهب في نهاية قوس قزح. هذا المكان من المستحيل الوصول إليه ، لأن قوس قزح هو تأثير بصري لا يمكن مقاربته.

أحيانًا تظهر أقواس قزح في شعارات النبالة أيضًا ، حتى إذا لم تتطابق صفاتها المميزة لألوان متعددة مع نمط الشعار المعتاد.

استخدمت أعلام قوس قزح لعدة قرون. كان رمزًا للحركة التعاونية في حرب الفلاحين الألمان في القرن السادس عشر ، والسلام في إيطاليا ، وفكر المثليين والحركات الاجتماعية للمثليين منذ سبعينيات القرن العشرين. في عام 1994 ، وصف رئيس الأساقفة ديزموند توتو والرئيس نيلسون مانديلا جنوب أفريقيا ما بعد الفصل العنصري الديمقراطية الجديدة بأنها دولة قوس قزح. وقد استخدم قوس قزح حتى في شعارات منتجات التكنولوجيا بما في ذلك شعار الكمبيوتر أبل. وقد أطلق العديد من التحالفات السياسية التي تضم العديد من الأحزاب السياسية على نفسها اسم “تحالف قوس قزح”.