Que vous croyiez qu'ils sont un signe de la promesse de Dieu, ou qu'il y ait un pot d'or qui vous attend à leur fin, les arcs-en-ciel sont l'un des étalages les plus heureux de la nature.
Les arcs-en-ciel sont essentiellement la lumière du soleil répartie dans son spectre de couleurs pour que nous puissions les voir. Parce qu'un arc-en-ciel est un phénomène optique (pour vous, fans de science-fiction, c'est un peu comme un hologramme), ce n'est pas quelque chose qui peut être touché ou qui existe dans un endroit particulier.
Vous êtes-vous déjà demandé d'où vient le mot "arc-en-ciel"? La partie «pluie» de celui-ci représente les gouttes de pluie nécessaires à sa fabrication, tandis que «arc» fait référence à sa forme d'arc.
Les arcs-en-ciel ont tendance à apparaître pendant une douche solaire (pluie et soleil en même temps) donc si vous avez deviné que le soleil et la pluie sont deux ingrédients clés pour faire un arc-en-ciel, vous avez raison.
Le processus d'arc-en-ciel commence lorsque la lumière du soleil brille sur un
goutte de pluie. Lorsque les rayons lumineux du soleil frappent et pénètrent dans une goutte d'eau, leur vitesse ralentit un peu (car l'eau est plus dense que l'air). Cela fait plier ou «réfracter» le trajet de la lumière.Ainsi, lorsqu'un rayon de lumière pénètre dans une goutte de pluie et se courbe, il se sépare en ses longueurs d'onde de couleur composantes. La lumière continue de voyager à travers la goutte jusqu'à ce qu'elle rebondisse (réfléchisse) sur le dos de la gouttelette et sorte de son côté opposé à un angle de 42 °. Au fur et à mesure que la lumière (toujours séparée dans sa gamme de couleurs) sort de la gouttelette d'eau, elle accélère en remontant dans l'air moins dense et est réfractée (une deuxième fois) vers le bas pour les yeux.
Appliquez ce processus à toute une collection de gouttes de pluie dans le ciel et voilá, vous obtenez un arc-en-ciel entier.
Avez-vous déjà remarqué comment les couleurs d'un arc-en-ciel (du bord extérieur à l'intérieur) deviennent toujours rouges, orange, jaunes, vertes, bleues, indigo, violettes?
Pour savoir pourquoi, considérons les gouttes de pluie à deux niveaux, l'un au-dessus de l'autre. Dans un diagramme précédent, nous voyons que la lumière rouge se réfracte hors de la gouttelette d'eau à des angles plus raides par rapport au sol. Donc, quand on regarde un angle raide, la lumière rouge des gouttes supérieures se déplace à l'angle correct pour rencontrer ses yeux. (Les autres longueurs d'onde de couleur sortent de ces gouttes à des angles plus peu profonds et passent donc au-dessus.) C'est pourquoi le rouge apparaît au sommet d'un arc-en-ciel. Considérez maintenant les gouttes de pluie inférieures. Lorsqu'on regarde des angles moins profonds, toutes les gouttelettes dans cette ligne de visée dirigent la lumière violette vers l'œil, tandis que la lumière rouge est dirigée hors de la vision périphérique et vers le bas à ses pieds. C'est pourquoi la couleur violette apparaît au fond de l'arc-en-ciel. Les gouttes de pluie entre ces deux niveaux font rebondir différentes couleurs de lumière (dans l'ordre de la plus longue à la plus courte longueur d'onde la plus courte, de haut en bas), de sorte qu'un observateur voit le spectre en couleur.
Comme les gouttes de pluie sont de forme relativement circulaire, la réflexion qu'elles créent est également incurvée. Croyez-le ou non, un arc-en-ciel complet est en fait un cercle complet, mais nous n'en voyons pas l'autre moitié parce que le sol se met en travers.
Il y a quelques diapositives, nous avons appris comment la lumière traverse un voyage en trois étapes (réfraction, réflexion, réfraction) à l'intérieur d'une goutte de pluie pour former un arc-en-ciel primaire. Mais parfois, la lumière frappe le fond d'une goutte de pluie deux fois au lieu d'une seule. Cette lumière "re-réfléchie" sort de la goutte sous un angle différent (50 ° au lieu de 42 °) résultant en un arc-en-ciel secondaire qui apparaît au-dessus de l'arc primaire.
Parce que la lumière subit deux réflexions à l'intérieur de la goutte de pluie, et que moins de rayons passent par les 4 étapes, son intensité est réduite par cette deuxième réflexion et, par conséquent, ses couleurs ne sont pas aussi lumineuses. Une autre différence entre les arcs-en-ciel simples et doubles est que le schéma de couleurs pour les arcs-en-ciel doubles est inversé. (Ses couleurs deviennent violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge.) En effet, la lumière violette des gouttes de pluie supérieures pénètre dans les yeux, tandis que la lumière rouge de la même goutte passe au-dessus de la tête. Dans le même temps, la lumière rouge des gouttes de pluie inférieures pénètre dans les yeux et la lumière rouge de ces gouttes est dirigée vers les pieds et n'est pas vue.
Au printemps 2015, les médias sociaux se sont allumés lorsqu'un résident de Glen Cove, dans l'État de New York, a partagé une photo mobile de ce qui semblait être un arc-en-ciel quadruple.
Bien que théoriquement possibles, les arcs-en-ciel triples et quadruples sont extrêmement rares. Non seulement cela nécessiterait de multiples réflexions dans la goutte de pluie, mais chaque itération produirait un arc plus faible, ce qui rendrait les arcs-en-ciel tertiaires et quaternaires assez difficiles à voir.
Quand ils se forment, les arcs-en-ciel triples sont généralement vus contre l'intérieur de l'arc primaire (comme on le voit sur la photo ci-dessus), ou comme un petit arc de connexion entre le primaire et le secondaire.
Les arcs-en-ciel ne sont pas seulement vus dans les ciel. Un arroseur d'eau d'arrière-cour. Brume au pied d'une cascade éclaboussante. Ce sont toutes des façons de repérer un arc-en-ciel. Tant qu'il y a du soleil brillant, des gouttelettes d'eau en suspension et que vous êtes positionné à l'angle de vision approprié, il est possible qu'un arc-en-ciel soit à portée de vue!