Cầu vồng Mặt trời ko chỉ là nguồn sống,as,năng lượng mà còn là tác giả của những
cảnh đẹp lộng lẫy và kỳ diệu. Nó tạo qua vô số những cảnh quan kì diệu
đó thông qua trò chơi của nó với những giọt nước nhỏ, các phân tử không
khí và tinh thể băng, khi nảy lên trên bề mặt của các hạt bụi, cây cối
và núi non, khi phản xạ lên mặt nước biển, ao hồ hay len lỏi trong các
đám mây và sương mù. Một trong những cảnh tượng đẹp nhất, thường thấy
nhất ở mọi nơi và cũng ngắn ngủi nhất là cầu vồng, cái vòng cung đa sắc
xuất hiện giữa các giọt nước mưa cuối cơn giông. Một vòng cung có kích
thước khổng lồ, màu sắc hài hòa và hình dạng hoàn hảo khiến ai cũng
phải kinh ngạc, thậm chí sùng bái. Nó cũng là một cảnh tượng là cầu nối
giữa thơ ca và khoa học, ngay cả những bộ óc vĩ đại nhất cũng lao vào
giải mã các bí mật của nó. Tuy nhiên cho tới nay một số bí mật về cầu
vồng liên quan tới cái vòng cung rực rỡ kì diệu đó, người ta chỉ có thể
hiểu nó thộng qua công cụ toán học tinh vi nhất và toàn bộ những hiểu
biết hiện đại liên quan tới bản chất của ánh sáng, bởi vì ko những tính
tới khả năng nhiễu xạ tạo vân giao thoa, bản chất sóng lẫn bản chất hạt
của chúng.
Cầu vồng là gì ?Cầu vồng là do hiện tượng tia sáng tán sắc trong các hạt nước mưa, thực
ra mọi tia sáng đều phản xạ nhiều lần trong giọt nước. Tia tới mắt ta
là các tia khúc xạ thoát ra khỏi giọt nước. Các tia tạo ra cầu vồng bậc
1 là các tia sau một lần phản xạ rồi thoát ra. Cầu vồng bậc hai là sau
2 lần phản xạ. Vì sao không có cầu vồng bậc ba :Vì tia sau ba lần phản
xạ trong giọt nước , sau khi khúc xạ sẽ không tới mắt ta (tính toán cụ
thể sẽ thấy).
Các chỉ số phần trăm là tỉ lệ năng lượng của tia sáng tương ứng. Ta sẽ
thấy cường độ sáng của các tia khúc xạ phản xạ lần 1, 2,3 .. sẽ thay
đổi khi goc tới i thay đổi.
dùng hình học dễ dàng tính được góc lệch giữa tia khúc xạ số 3 và tia tới sẽ bằng: D= 4i -2r
sini/sinr= n --> D = 4i - 2 arsin (sini/n)
Khảo sát hàm này sẽ cho cực đại ứng với tia đỏ D = 42,394 độ.
Vì sao khi D cực đại thì lại cho cường độ sáng của tia đỏ lớn nhất?
Lí do: KHi D cực đại <--> dD/di = 0 --> sự biến đổi của i sẽ
làm cho D không thay đổi nhiều, có nghĩa là với những tia sáng quanh
giá trị i này thì sẽ cho cường độ tia đỏ lớn hơn các tia khác--> tập
trung nhiều tia đỏ --> cường độ tia sáng khúc xạ đỏ đạt giá trị cực
đại!
Do đó mỗi giọt nước mưa sẽ tạo ra một hình nón tia chùm tia đỏ có góc ở
đỉnh là 42,394 và trục đối xứng là as mt! Do có rất nhiều giọt nước cho
nên tập hợp các tia này đến mắt ta sẽ tạo thành hình tròn.
Ở các góc khác có tia đỏ không?
Trả lời là có nhưng đồng thời có cả các tia khác nữa và không có tia
nào thắng thế về cường độ sáng cả --> tổng hợp lại thành ánh sáng
trắng!
Tương tự với các màu khác sẽ thấy màu xanh có góc cực đại nhỏ hơn --> nằm bên trong!
Với cầu vồng thứ cấp (còn gọi là cầu vồng tay vịn) góc lệch sau của tia
tới và tia ló sau 2 lần phản xạ trong giọt mưa sẽ tính theo công thức
delta dưới đây .Khảo sát sự biến thiên hàm delta theo alpha ta sẽ thấy
góc của cầu vồng tay vịn với tia đỏ vào khoảng 51 độ . Điều đáng nói là
dựa vào hàm này sẽ thấy tia màu xanh sẽ có góc cực đại lớn hơn tia đỏ
do đó nó nằm ở vòng ngoài . Điều này giải thích sự phân bố màu ngược
nhau của cầu vồng chính và cầu vồng tay vịn.
Các đặc tính làm nên sự mê hoặc của cầu vồng ko chỉ là nó có kích thước
đầy ấn tượng và vẻ đẹp lộng lẫy, mà còn là nó rất hiếm khi xuất hiện,
hơn nữa sinh ra và biến mất khá đột ngột. Sau trận mưa rào, khi mặt
trời xuất hiện trở lại, hãy quay ngay về phía đối diện với MT, vì cầu
vồng luôn xuất hiện ở phía đó.MT và nước mưa phải tồn tại song song
trong bầu trời thì mới có cầu vồng. Trong cơn mưa mùa hè thì sẽ dễ xuất
hiện cầu vồng vì bầu trời xanh được MT chiếu sáng có thể ló ra khỏi đám
mây trong khi trời mùa đông thường tối và bị mây che phủ. Tuy nhiên ko
phải lúc nào sự xuất hiện tiên quyết của MT và nước mưa cũng sinh ra
cầu vồng, vì còn nhiều nhân tố khác nữa.
Độ dày của cầu vòng lớn hơn kích thước góc của MT tròn khoảng 4 lần,
tức 2 độ. Các đầu mút của nó tạo thành với vị trí bạn đang đứng quan
sát một góc gần 90 độ.
Vòng
cung luôn luôn tròn một cách hoàn hảo, nhưng ngay khi bạn quan sát từ
trên trời, qua máy bay chẳng hạn thì cũng ko bao giờ thấy nó một vòng
tròn toàn vẹn, một phần của nó luôn bị che khuất dưới chân trời. Bán
kính góc của cung luôn là 42 độ ko bao giờ thay đổi, tức là đường thẳng
nối MT, mắt người quan sát và điểm đối nhật (tâm cầu vồng) là trục của
hình nón tạo bởi các tia ngắm có nửa góc ở đỉnh là 42 độ.Hãy tưởng tượng nối tâm của cầu vồng, gọi là điểm đối nhật, với mắt ta
và MT tạo thành 1 đường thằng thì đường thẳng này xuyên qua mặt đất vì
tâm của cầu vồng thường nằm dưới đường chân trời. Điều này có nghĩa là
vào cuối ngày, do sự thẳng hàng của MT-mắt-tâm nên MT càng xuống dưới
chân trời thì cung và tâm càng đi lên đường chân trời, cầu vồng vì thế
sẽ có hình bán nguyệt đúng vào lúc MT lặn xuống dưới đường chân trời.
Trái lại, điều này cũng có nghĩa là khi MT lên cao hơn 42 độ so với
đường chân trời thì cầu vồng sẽ biến mất hoàn toàn dưới chân trời và ta
sẽ ko thấy nữa. Khả năng quan sát được cầu vồng phụ thuộc vào độ cao
của MT trong bầu trời, hay là thời điểm trong ngày, tức đầu buổi sáng
hay cuối chiều sẽ dễ có cầu vồng. MT tại những thời điểm đó sẽ nằm thấp
nhất trong bầu trời, điểm đối nhật nằm sát chân trời và một nửa vòng
cung cầu vồng nằm lên trên chân trời, quan sát là rộng nhất. Vị trí của
MT còn phụ thuộc vĩ độ nơi quan sát và theo mùa. Ở một giờ nhất định
trong ngày, ở mùa đông MT thấp hơn mùa hè. Còn ở vĩ độ cao, vào mùa hè
MT lên cao hơn trong bầu trời so với vùng có vĩ độ thấp hơn. Do vậy ở
nước Pháp, ko ai nhìn thấy cầu vồng vào giữa ngày mùa hè khi MT lên cao
nhất trong bầu trời vì độ cao góc lớn hơn 42 độ.
Một đặc tính quan trọng của cầu vồng là "lễ hội" màu sắc mà nó mang
lại. Trật tự màu sắc ấy là không đổi là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm,
tím. Trên thực tế các màu ko thay đổi đột ngột mà dần dần xem vào nhau
hết sức tinh tế. Chúng ta sẽ thấy rằng chính cấu tạo mắt của chúng ta
làm chúng ta phân chia màu sắc cầu vồng thành các nhóm khác nhau.
Không cầu vồng nào giống cầu vồng nào. Độ dày tương đối và độ sáng của
các dảy màu thay đổi hết sức đa dạng, cùng một cầu vồng cũng có thể
thay đổi theo thời gian. Thỉnh thoảng có xuất hiện một cầu vồng thứ
cấp, mờ và cao hơn nhưng màu thì sắp xếp ngược lại. Bán kính góc của
cầu vồng phụ này là 51 độ.Vòng cung thứ cấp dày hơn vòng chính là 2
lần, tức 4 độ. Chú ý, ko gian giữa 2 vòng cung sẽ tối hơn so với xung
quanh, ngay cả khi ko nhìn thấy vòng cung thứ cấp thì chúng ta vẫn thấy
phần trên của vòng chính vẫn tối hơn bình thường, dải tối này gọi là "
dải tối Alexandre". Hiếm hơn, đôi khi bạn sẽ thấy một loạt các vòng
cung hẹp và mờ nằm gọn trong vòng cung chính.
Ngày nay cung với những nghiên cứu về bản chất as, người ta chứng minh
được rằng chính các tia sáng MT thoát ra từ các giọt mưa theo sự khúc
xạ as là nguyên nhân gây ra cầu vồng (Descartes năm 1673 trong cuốn
Discours des meteores). Các tia sáng này sau 1 lần phản xạ và 2 lần
khúc xạ và theo 1 hướng ưa thích là 42 độ. Cho nên dù xa hay gần , quan
sát ở đâu thì góc quan sát của cầu vồng luôn là 42 độ. Ngoài ra chính
Descartes tìm ra rằng nếu ngoài 2 lần khúc xạ trong 2 lần đi vào và đi
ra khỏi giọt nước, các tia sáng còn chịu 2 lần phản xạ thì chúng lại đi
theo hướng ưa thích là 51 độ, tức là cung phụ.
Vậy khi nào có cầu vồng ?Khi có một đám bụi nước đủ lớn : Đám mây, bên thác nước hoặc thậm chí
bạn phun một ngụm nước thật mạnh . Điều đáng nói muốn quan sát được cầu
vồng bạn phải đứng quay lưng về phía mặt trời như vậy nếu vào buổi sáng
thì các cơn mưa đằng tây thường cho cầu vồng và ngược lại vào buổi
chiều các cơn mưa đằng đông mới cho cầu vồng.
Có khi nào nhìn thấy cả vòng tròn không ?
Câu trả lời là có : Đó là khi bạn bay trên máy bay và nhìn từ trên
xuống đám mây. Khi đứng dưới mặt đất thì không thể nhìn thấy cả vòng
tròn .
Cầu vồng có chuyển động không ?
Có, vì phương của tia mặt trời thay đổi do đó khi mặt trời mọc cầu vồng
sẽ chuyển động xuống dưới và ngược lại . Tuy nhiên sự thay đổi phương
của tia sáng khá chậm mà cầu vồng thường tồn tại trong thời gian ngắn
do đó người ta khó nhận thấy sự chuyển động của cầu vồng.
Các hiện tượng lạ về cầu vồngCầu vồng cả vòng tròn :Ngày 6/7/2007, một cầu vồng hình tròn bất ngờ xuất hiện trên bầu trời
Malaysia. Hiện tượng thiên nhiên kỳ lạ gây không ít ngỡ ngàng cho dân
chúng và trở thành đề tài nóng hổi cho các phương tiện truyền thông
nước này.
Trên thực tế, đó không phải là một cầu vồng thật mà là hiện tượng “giả
mặt trời” hiếm gặp; xuất hiện khi mặt trời dưới tầng trời thấp, ánh
sáng của nó bắt được những sợi mảnh được hình thành từ hơi nước thuỷ
tinh.
Đứng cách bề mặt trái đất khoảng 1,6093 km của tầng khí quyển, những
tia sáng bị hạt băng trong không khí khúc xạ nên hình thành một vòng
tròn quay quanh mặt trời.
Đức Phật hiện hình trên núi Tổ SơnCơn mưa lớn trút xuống huyện Cầm Hoàng Đảo, phía bắc tỉnh Hồ Bắc, Trung
Quốc sáng hôm 1/7 đã để lại một chiếc cầu vồng rực rỡ trên đỉnh núi Tổ
Sơn. Kỳ lạ thay ngay chính giữa vầng sáng, một bóng người hiện lên mờ
ảo như thể Đức phật giáng trần.
Theo nhân chứng kể lại, “Đức phật” ở lại trên đỉnh núi hơn một tiếng đồng hồ sau đó mới “bay” đi.
Cảnh tượng kéo dài không lâu nhưng cũng đủ thu hút hàng trăm người hiếu kỳ đổ về chân núi Tổ Sơn để được tận mắt chiêm ngưỡng.
Về bản chất đây là một hiện tượng quang học tương tự như quầng của mặt trăng.