قوس قزح rainbow هوقوس ملوَّن يتشكل في السماء نتيجة انعكاس ضوء الشمس وانكساره على قطرات المطر أوالضباب، ويطلق هذا الاسم كذلك على أي قوس مماثل يتولد على رذاذ الماء أياً كان مصدره؛ نافورة ماء أوشلالاً.

نظرة عامة

عدد الألوان في طيف قوس قزح

يظهر قوس قزح في جزء السماء اللقاء لأشعة الشمس، وتتطابق ألوانه مع ألوان طيف الضوء الأبيض عندما يتحلل في موشور، ممتدة من الأحمر فالبرتنطقي فالأصفر فالأخضر فالأزرق فالنيلي حتى البنفسجي.

يتكون قوس قزح غالباً من قوسين؛ قوس أولي ساطع يتوضَّع فيه اللون الأحمر خارج القوس والبنفسجي داخله، وقوس ثانوي أقل سطوعاً يتوضَّع فيه اللون الأحمر في الداخل والبنفسجي في الخارج.

شرح

قوس قزح الأولي

يتشكل قوس قزح الأولي بعمل الأشعة التي تبلغ عين المشاهد بعد انكسارين وانعكاس داخلي وحيد على قطرات المطر كما هوواضح في الجزء (أ) من الشكل (1). فالأشعة التي تدخل قطرة ماء في الجومن أعلاها تعاني انكساراً هناك، ثم انعكاساً على السطح الداخلي اللقاء لوجه الدخول، يليه انكسار للمرة الثانية حيث تغادر الأشعة القطرة من سطحها السفلي كما هوواضح في الشكل. تجدر الإشارة إلى حتى أشعة الشمس البيضاء تتحلل عند انكسارها داخل القطرة إلى ألوان الطيف المتنوعة. إلى غير ذلك تعدُّ ظاهرة الانكسار مسؤولة عن ظهور ألوان قوس قزح.

تراوح الزاوية التي يصنعها شعاع شمسي يدخل قطرة ماء كروية والأشعة الملوَّنة التي تغادرها بين 42 ْ للشعاع الأحمر و40 ْ للشعاع البنفسجي، كما هوواضح في الشكل؛ ولذا فإن اللون الأحمر الذي يصل إلى عين المشاهد سيدخلها بزاوية تقارب 42 ْ مع الأفق في حين يدخل اللون البنفسجي إليه بزاوية تقارب 40 ْ، وتتوضَّع باقي الألوان بين هاتين الزاويتين.

يعتمد الانفراج الزاوي لقوس قزح على ازدياد الشمس فوق الأفق. فإذا زاد ازدياد الشمس فوق الأفق على 42 ْ فإن رؤية قوس قزح تغدومحالة، وحدثا انخفض ازدياد الشمس فوق الأفق عن 42 ْ زاد اتساعه. وهويأخذ شكل نصف دائرة عندما تكون الشمس عند الأفق، وإذا تقلصت الشمس تحت الأفق زاد انفراجه على نصف دائرة، بل إنه يظهر على هيئة دائرة كاملة أحياناً إذا نُظِر إليه من طائرة وكانت الظروف مواتية.

قوس قزح الثانوي

يتشكل قوس قزح ثانوي بعمل أشعة الشمس التي تدخل قطرات المطر من أسفلها حيث تعاني انعكاسين داخليين إضافة إلى انكسار وحيد، ثم تغادر القطرة قريباً من سطحها العلوي، كما يظهر في الجزء (ب) من الشكل (1). وتراوح الزاوية بين الشعاع الأبيض الوارد على القطرة والأشعة الملونة البارزة منها بين 51 ْ للشعاع الأحمر و54 ْ للشعاع البنفسجي. ولأن جميع انعكاس يحدث على سطح القطرة يضيِّع جزءاً من طاقة الشعاع الضوئي الوارد، فإن حدوث انعكاسين داخل القطرة يجعل قوس قزح الثانوي أقل سطوعاً من القوس الأولي.

يُمكن تتبع مسار شعاع شمسي أحمر يرد على قطرة ماء عند النقطة A بزاوية i حتى يخرج بعد انكسارين وانعكاس داخلي حيث يصنع ممدد الشعاع البارز من القطرة عند النقطة C في الشكل (2) بزاوية مقدارها 42 ْ.

يعاني الشعاع الوارد عند A بزاوية i انحرافاً عن خط سيره بزاوية (i-r) وينعكس عند B فيعاني انحرافاً إضافياً هو(π−2r)، كما يعاني انحرافاً إضافياً عند C بمقدار (i-r) وبالتالي فإن الانحراف الكلي D بين ممدَّد الشعاع الوارد وممدَّد الشعاع البارز من القطرة بعد انعكاس وحيد وانكسارين هو:

إلا حتى i ترتبط مع r بعلاقة سنل ـ ديكارت وهي:

Sin i = n sin r

حيث ترمز n إلى قرينة انكسار الضوء الأحمر في الماء وهي تساوي 1.329 ومنه:

وبالتالي تصبح D كما يأتي:

إن هذا التابع لـ i يبلغ نهاية صغرى عند الزاوية 60 ْ وتكون قيمة D عندها مساوية 138 ْ، وتكون الزاوية المتممة لها أي (π-D) مساوية 42 ْ وهي الزاوية التي يرى فيها راصد الضوء الأحمر فوق الأفق بعد خروجه من قطرات المطر.

وإذا افترض حتى الشعاع الوارد على القطرة بلون بنفسجي حيث n = 1.343 فإن الزاوية اللقاءة تكون 40 ْ. إلى غير ذلك يرى الراصد ضوء الشمس الأبيض في قوس قزح الأولي محصوراً بين الزاويتين 40 ْ و42 ْ، وتتوضَّع باقي الألوان بين هاتين الزاويتين حيث يهجرز الانحراف الأصغري للضوء.

الأشكال المتنوعة

Twinned rainbow

أقواس قزح ثلاثية ورباعية

أقواس قزح عليا

أقواس قزح زائدة

انعكاس قوس قزح

أقواس قزح تحت ضوء القمر

Fogbow

Circumhorizontal arc

أقواس قزح على تيتان

التاريخ الفهمي

ثقافة

انظر أيضا

• Atmospheric optics
• Circumzenithal arc
• Fog bow
• Glory
• Halo
• Iridescent colours in soap bubbles
• Moonbow
• Sun dog

الهوامش

المصادر

• Greenler, Robert (1980). Rainbows, Halos, and Glories. Cambridge University Press. ISBN .
• Lee, Raymond L. and Alastair B. Fraser (2001). The Rainbow Bridge: Rainbows in Art, Myth and Science. New York: Pennsylvania State University Press and SPIE Press. ISBN .
• Lynch, David K.; Livingston, William (2001). Color and Light in Nature (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• Minnaert, Marcel G.J. (1993). Light and Color in the Outdoors. Springer-Verlag. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
• Minnaert, Marcel G.J. (1973). The Nature of Light and Color in the Open Air. Dover Publications. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
• Naylor, John (2002). Out of the Blue: A 24-Hour Skywatcher's Guide. Cambridge University Press. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
• Boyer, Carl B. (1987). The Rainbow, From Myth to Mathematics. Princeton University Press. ISBN .
• Graham, Lanier F., ed. (1976). The Rainbow Book. Berkeley, California: Shambhala Publications and The Fine Arts Museums of San Francisco. (Large format handbook for the Summer 1976 exhibition The Rainbow Art Show which took place primarily at the De Young Museum but also at other museums. The book is divided into seven sections, each coloured a different colour of the rainbow.)
• De Rico, Ul (1978). The Rainbow Goblins. Thames & Hudson. ISBN .

مراجع للإستزادة

• The Book of Popular Science (Grolier 1974).
• P.A.TIPLER, Physics for Scientists & Engineers, 3rd. edition ( Worth Publishers 1991).

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع قوس قزح.

• Images by Crayford Manor House Astronomical Society
• National Center for Atmospheric Research, About Rainbows
• Supernumerary and Multiple Rainbows
• Incredible Rainbows Worldwide - slideshow by Life magazine
• Interactive simulation of light refraction in a drop (java applet)
• Spectacular rainbow at Elam Bend (McFall, Missouri)
• Walter Lewin's Discussion on colours and rainbow physics
• on double rainbows
• Rare photo of the ‘end’ of the rainbow
• Rainbow seen through infrared filter and through ultraviolet filter
• Double Rainbow (viral video)
• website by Les Cowley - Description of multiple types of bows, including: "bows that cross, red bows, twinned bows, coloured fringes, dark bands, spokes", etc.