Чому ніхто більше не бачить веселку такою, як її бачите ви

Дощ закінчується, і з-за хмар виходить сонце. Ви підіймаєте погляд і бачите красиву веселку, що вигнулася в небі. Здавалося б, те саме бачить і ваш друг, який стоїть поруч.

Ви можете цього не усвідомлювати, але ваша веселка виглядає дещо інакше, ніж його.

Насправді кожна веселка унікальна для того, хто її спостерігає, адже веселки - це не фізичні об'єкти, а оптичне явище, персоналізоване для ваших очей.

Точні кути

"Веселка - це візерунок, який виникає, коли сонячне світло - біле світло - відбивається та заломлюється мільйонами дощових крапель у небі", - розповідає експерт із веселок Філіп Лейвен програмі BBC World Service CrowdScience.

Щоб ви побачили веселку, сонце має бути позаду вас, краплі дощу - перед вами, а сонячне світло повинно досягати дощу, не блокуючись хмарами.

Тоді відбувається дивовижна геометрія.

Коли світло потрапляє на краплю дощу, у воді воно сповільнюється і заломлюється, пояснює Лейвен.

Різні кольори - або довжини хвиль - заломлюються на дещо різні величини, тому біле світло розкладається на всі складові кольори.

Коли промені світла досягають задньої частини краплі, вони відбиваються всередині. А коли доходять до протилежного краю краплі, знову заломлюються назовні, ще більше розсіюючи кольори.

Червоне світло виходить приблизно під кутом 42 градуси відносно напрямку, з якого світло потрапило, тоді як синє або фіолетове - приблизно під кутом 40 градусів.

Коли ви підіймаєте погляд угору, деякі краплі дощу високо в небі заломлюють червоне світло під правильним кутом, щоб воно потрапило у ваше око, тоді як синє світло там проходить над вами.

У краплях нижче вашого ока досягає саме синє світло. Саме тому зазвичай ви бачите червоний колір на верхньому, зовнішньому краї веселки, а синій - на нижньому, внутрішньому краї.

Насправді веселки утворюють коло навколо центру, який називається антисонячною точкою, що збігається з місцем, де перебуває тінь вашої голови.

Але зазвичай ми не бачимо нижню частину цього кола, бо вона під землею. Чим нижче Сонце, наприклад на світанку чи заході, тим більшу частину цього кола можна побачити. Якщо Сонце піднялося більш ніж на 42 градуси над горизонтом, навіть верхня частина веселки буде нижче рівня землі.

"Зазвичай ви не побачите веселки посеред дня", - каже Лейвен.

Якщо ваш друг стоїть ліворуч або праворуч від вас, світло виходитиме з крапель і потраплятиме в його очі з дещо іншого напрямку.

А якщо ви поміняєтеся місцями? Якщо він вищий або нижчий за вас, світло також досягатиме його очей інакше.

І навіть якщо він матиме точно такий самий зріст і стоятиме на тому самому місці, Земля трохи повернеться відносно Сонця, і світло знову зміниться.

Подвійні веселки

Якщо вам обом пощастить, ви можете побачити дві веселки одночасно.

"Якщо небо між вами та веселкою досить чисте, ви можете побачити так звану вторинну веселку", - каже фізик Пін Вах Лі, асистент-професор Китайського університету Гонконгу.

Ця вторинна веселка виникає через те, що світло двічі відбивається всередині краплі дощу перед тим, як вийти назовні.

Кольори розташовуються у зворотному порядку - червоний усередині дуги, а фіолетовий - зовні.

Різниця кутів між червоним і фіолетовим більша, тому вторинна веселка виглядає ширшою, ніж первинна. Але світло також слабше, тому її важче побачити.

Світло може відбиватися всередині краплі ще більше разів. Третя або четверта веселка виникатиме у напрямку Сонця, що робить їх дуже складними для спостереження, пояснює Лі.

А п'ята веселка з'являється з іншого боку, але вона надзвичайно слабка для людського ока.

Втім, досліднику вдалося зафіксувати ці рідкісні відтінки на камеру у 2012 році.

Однаковий розмір

Ваша веселка може формуватися з інших світлових променів, ніж веселка вашого друга, але одна річ не змінюється - її розмір.

Усі веселки займають однакове місце перед вами, каже Реймонд Лі, метеоролог і почесний професор-дослідник Військово-морської академії США.

Він пояснює, що оскільки веселка не є об'єктом, "вона не має лінійного розміру".

Натомість це оптичне явище можна описати лише кутовим розміром - кутом від одного краю дуги до іншого відносно вас.

"Радіус становить приблизно 42 градуси, отже, подвоївши його, отримуємо діаметр - 84 градуси", - каже Лі.

І виявляється, цей кут однаковий незалежно від того, де ви стоїте. Тож принаймні в цьому ваша веселка і веселка вашого друга збігаються.