Gökkuşağı, bir hava olayı olduğu kadar optik bir fenomendir. Gökkuşağının görülebilmesi için, gökkuşağının gözlemcisi Güneş ile yağmur veya fırtına arasında olmalı ve gözlemci yağmur yönüne bakmalıdır. Ek olarak, Güneş gökyüzünde daha alçakta olmalıdır – ufkun üzerinde 42 dereceden daha az olmalıdır. Bu nedenle, gökkuşakları sadece sabah veya öğleden sonra görülür. Güneş, gözlemci ve yağmur bu şekilde konumlandırılırsa, Güneş’ten gelen güneş ışığı, yağmur duşundaki milyonlarca su damlacığına çarpmadan önce gözlemcinin başının üzerinden geçer. Her bir su damlasına çarptığında, gökkuşaklarını görmeyi mümkün kılan 4 olay meydana gelir.
Dağılım. Beyaz ışık, farklı dalga boylarında bir spektrumda altı ana renkten oluşur. Bunlar Kırmızı, Turuncu, Sarı, Yeşil, Mavi ve Menekşedir. Beyaz ışık bir prizmaya çarptığında altı ana rengine ayrılır. Bu dispersiyon olarak bilinir. Aslında beyaz ışık olan güneş ışığı bir su damlasına çarptığında bu altı ana renge de dağılır.
Refraksiyon. Işık bir ortamdan diğerine, örneğin havadan prizmaya veya havadan suya geçerken yön değiştirir. Bu kırılma olarak bilinir. Aynı anda güneş ışığı ilk olarak yağmur damlasına çarpar ve dağılır, aynı zamanda kırılır.
Refleks. Dağınık ve kırılan ışık, su damlasının diğer tarafına gider ve daha sonra geldiği yöne doğru ancak farklı bir açıyla yansır.
Refraksiyon. Işık, su damlasının girdiği tarafa doğru geri döner. Su damlacığından çıkarken yine iki ortam, su ve hava arasında gidip gelir ve bir kez daha kırılır.
Bu işlemden sonra, dağılan ışık, gözlemcinin gözleri tarafından algılandığı gözlemciye doğru geri döner. Güneş gökyüzünde daha aşağıdaysa, gökkuşağı gökyüzünde daha yüksek görünecektir. Tersine, eğer Güneş gökyüzünde daha yüksekse, ufkun 42 derecenin altında kalırsa, gökkuşağı daha alçak görünecektir.
Renkler neden belirli bir sırada görünüyor?
Işığın farklı dalga boyları farklı açılarda kırılır. Bu, Kırılma İnsidansı olarak bilinir. Menekşe gibi daha yüksek ışık dalga boyları, daha yüksek açılarda kırılır. Görünür spektrumun alt ucunda bulunan kırmızı, daha düşük bir açıyla kırılır.
Bir gözlemci bir gökkuşağı gördüğünde, o gökkuşağındaki tüm su damlacıkları aynı renkleri yansıtır. Kırılma Olayı nedeniyle, gözlemci yalnızca belirli su damlacıklarından belirli renkleri görebilecek. Gökkuşağının dış kenarındaki noktalarda, gözlemci en düşük dalga boyundaki rengi, Kırmızı’yı görür, çünkü aynı damlacıklardan yansıyan daha yüksek dalga boyundaki renkler daha yüksek bir açıyla kırılır ve gözlemcinin gözlerinin üstüne veya dışına çıkar. Gökkuşağının dış noktalarının karşısındaki iç tarafında, gözlemci en yüksek dalga boyu rengi olan Menekşe’yi görür, çünkü bu damlacıklardan gelen daha düşük dalga boyu renkleri gözlemcinin gözlerinin önünden aşağıya iner veya kesişir.
ROYGBIV kısaltmasının geldiği yer bu optik fenomendir – Kırmızı, Turuncu ve Sarı’nın düşük dalga boyu renkleri gökkuşağının tepesinde görülür ve daha yüksek dalga boyu renkleri olan yeşil, mavi ve menekşe altta görülür.
Gökkuşağı neden yay şeklindedir?
Gökkuşağı yay şeklinde görünür çünkü gözlemci, aynı dalga boyundaki ışığı kıran yağmur damlalarından, o belirli dalga boyunun gözlemcinin gözüne ulaşması için gerekli açıda eşit derecede uzaktadır.
