Dúha

Čo je dúha?
Asi každý z nás si už niekedy všimol farebný oblúk pri končiacej sa dažďovej prehánke.
Dážď ešte padá, ale zároveň slnečné lúče osvetlujú dažďové kvapky, v ktorých sa svetlo láme,
rozkladá a odráža, a tak práve na opačnej strane ako svieti slnko môžeme pozorovať dúhu.
Tá opisuje časť kružnice o polomere asi 42 stupňov okolo miesta, kam smeruje tieň pozorovateľovej hlavy. Preto je možné dúhu z rovného povrchu pozorovať, len ak je slnko 42 stupňov nad obzorom. Dúhový oblúk potom vystupuje tým vyššie, čím nižšie sa slnko skláňa k obzoru. Pokiaľ by teda slnko žiarilo práve na horizonte, objavil by sa na opačnej strane vo vodných kvapkách obraz dúhy v tvare polkruhu.

Podobne ako po prechode lúčov skleneným hranolom, kde sa svetlo pri vstupe do opticky hustejšieho prostredia rozkladá, vidíme aj v dúhe rozložené slnečné svetlo na jednotlivé farebné zložky. Od vonkajšieho okraja dúhy smerom k vnútornému v poradí: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá až fialová.

Pri intenzívnejšom daždi sa objavuje nad dúhou druhá, menej výrazná, tzv. sekundárna dúha s väčším polomerom, asi 51 stupňov, v ktorej je poradie farieb opačné ako u primárnej dúhy.
Táto vedľajšia dúha vzniká vďaka dvojnásobnému odrazu lúčov vo vnútri kvapiek.

Pri pozorovaní zo zemského povrchu vidíme dúhu iba ako neúplný kruh. Celistvý dúhový kruh by sa dal vidieť z vysokej veže alebo z lietadla. Avšak dúhu môžeme zbadať nielen počas dažďa, ale napríklad aj v gejzíre kvapiek vodopádu alebo fontány.

Medzi nezabudnuteľné zážitky možno zaradiť spozorovanie dúhy v noci. Tú môže vyvolať mesačný svit v nočnom daždi. Takáto dúha je slabá s nevýraznými farbami a pomerne vzácna, nakoľko mesiac dostatočne svieti iba v období nepríliš dlhom okolo splnu. Naviac nočná dúha nemá obvykle divákov. Tí po nociach spia, prípadne robia iné veci. Do Aristotelových dôb bolo dokonca spozorovanie dúhy v noci považované za poveru.

Dúha a ľudia
Na rozdiel od iných prírodných úkazov nebývala dúha považovaná za zlé znamenie, ale vďaka okolnostiam jej výskytu, teda končiaceho sa dažďa, skôr ako symbol nádeje a uzmierenia. Podľa prvej knihy mojžišovej je dúha znamením božskej dohody, že už nedôjde k zhubnej potope. V niektorýck kultúrach však dúha nie je prijímaná s obdivom. Tak napríklad pre barmských Karenov dúha predstavuje nebezpečné démonické sily schopné pohltiť ľudskú dušu a vítaným javom nie je ani pre africký kmeň Zulu a ďalšie. Pre niektoré kmeňe Fínska či Laponska dúhový oblúk stelesňuje luk boha hromu, ktorý strieľa blesky miesto šípov. K dúhe sa tiež viažu niektoré povery. Podľa jednej z nich by mal byť na konci dúhy v miestach, kde sa premieta k povrchu zeme,zlatý poklad. Vzhľadom na to, že dúha sa premieta ako oblúk so stále rovakým polomerom z ktoréhokoľvek miesta v okolí pozorovateľa, pátral by prípadný hľadač pokladu márne až do konca dažďa či svitu slnka.

Ako vzniká dúha
Na vzniku dúhy sa podieľa lom, rozklad, odraz a interferencia svetla na veľkom množstve kvapiek, ktoré obklopujú pozorovateľa pri súčasnom svite slnka, resp. Mesiaca.

Dúhový oblúk a dúhové farby
Svetlo vstupujúce do opticky hustejšieho prostredia (napríklad zo vzduchu do vody) sa láme smerom ku kolmici, ako je znázornené na obrázku, kde vstupný uhol alfa je väčší ako uhol lomu beta.
Obr. 1
Slnečné lúče vstupujúce do kvapky sa odrážajú a lámu. Na vysvetlenie primárneho dúhového oblúku nás budú zaujímať lúče, ktoré sa vstupe do kvapky lámu, odrážajú na náprotivnej strane kvapky a vychádzajú lomom opäť na strane smerom k slnku pod ostrým uhlom voči vstupu lúčov. Takýto lúč je vyznačený na obrázku červenou farbou, ostatné odrazy šedou.
Obr. 2

Pokiaľ necháme lúče vstupovať do kvapky v rôznych vzdialenostiach od osy kvapky smerujúcej k slnku uvidíme, že vystupujúce lúče sa budú koncentrovať najviac okolo uhlu asi 42 stupňov a ostatné lúče budú vystupovať pod menšími uhlami.

Na animovanom obrázku vidíme prechod lúča kvapkou. Lúč vstupuje zľava pod uhlom, ktorý zviera s priamoku vedenou stredom kvapky a miestom vniku do kvapky. – tj. uhol vstupu.
Vystupujúci lúč zviera so vstupujúcim uhlom tzv. dúhový uhol, ktorý má maximum práve niekde okolo hodnoty 42 stupňov.
Obr. 3

Vo vnútri kvapky však dochádza tiež k viacerým odrazom lúčov. Lúče odrážajúce sa dvakrát vo vnútri kvapky budú vychádzať najčastejšie pod uhlom asi 51 stupňov voči vstupujúcemu lúču. Takto vzniká už nie tak výrazná sekundárna dúha, ktorá sa objavuje nad hlavnou dúhou.
Obr. 4

Uvedený popis priebehu lúčov však neprebieha iba v jednej rovine, ale v celej kvapke zároveň a vo všetkých rovinách. Preto uvidíme dúhu ako oblúk symetrický akolo osy, kam smeruje pozorovateľov tieň vrhaný slnkom.
Pretože je však slnečné svetlo zložené z rôznych farieb a lúč každej farby sa láme pod trochu iným uhlom, bude svetlo po prechode kvapkou rozložené v dúhové spektrum. Žiarenie rôznych farieb sa tiež bude po prechode kvapkou koncentrovať pod trocha odlišnými uhlami, a preto uvidíme v dúhe sústredené farebné pásy.
Obr. 5

Na vzniku dúhy sa podieľajú kvapky v rôznych vzdialenostiach od pozorovateľa. Názorný prehľad si môžeme urobiť podľa obrázku.
Obr. 6

Z histórie skúmania dúhy
Podľa starovekých predstáv bola dúha niekedy vysvetlovaná vznietením horľavých pár slnečnými lúčmi. Tieto pary mali byť do ovzdušia vytlačené z podzemia vsakujúcou dažďovou vodou. Jeden z najvýznamnejších učencov starovekého Grécka Aristoteles, autor najstaršieho meteorologického diela Meteórologika, vysvetloval v 4. storočí p.n.l. dúhu ako odraz slnečných lúčov na dažďovom mraku.

Ďalší významní bádatelia, ktorí sa zaslúžili o nové poznatky v oblasti skúmania dúhy, sú dominikánsky mních Dietrich z Freiberku, islamský učenec Kamal al Din al Farisi, holandský fyzik Willebrord Snell, a iní.