Varavīksne

Varavīksne ir optiska parādība atmosfērā, kuru rada Saules staru laušana un atstarošana krītošos lietus pilienos. Tā parādās iepretim Saulei uz mākoņu fona, kad līst.

Varavīksnes loks pāri debesjumam ir viens no krāšņākajiem dabas skatiem. Krāšņā loka ārējā mala ir sarkana, leņķis 42°, turpretī iekšējā — violeta. Pārējās krāsas izvietojušās atbilstoši tā loka gammai.

Dažkārt var novērot blakus jeb sekundāro varavīksni ar pretēju krāsu izvietojumu. Tā rodas, kad saules gaismas stari atstarojas lietus pilienā divas reizes.

Parasti varavīksne nav lielāka par pusloku, vienīgi brīvā atmosfērā (no lidmašīnas vai gaisa balona) un kalnos var novērot gandrīz pilna apļa varavīksni. Savukārt miglas slānī novērojama balta varavīksne.

Varavīksnes centrs vienmēr atrodas uz taisnes, kas iet caur Sauli (Mēnesi) un novērotāja aci, pie tam pretējā virzienā no saules, tādējādi vienlaicīgi redzēt sauli un varavīksni nav iespējams. Novērotājam uz zemes varavīksne parasti izskatās kā apkārtnes daļa, jo augstāk novērotājs atrodas, jo pilnīgāka ir varavīksne.

Varavīksnes veidošanās

Lai ieraudzītu varavīksni, ir vajadzīga īpaša apstākļu sakritība. Saulei ir jābūt tieši aiz novērotāja un tā nedrīkst būt pārāk augstu virs horizonta. Varavīksne parādās tādā gadījumā, ja Saules augstums virs horizonta nav lielāks par 42°. Jo zemāk Saule, jo augstāk atrodas varavīksnes virsotne un, sekojoši, lielāka novērojama varavīksnes daļa. Sekundārā varavīksne var būt novērojama, ja Saules augstums virs horizonta nav lielāks par 53° un gaisma ir pietiekami spoža.

Pēc lietus gaisā vienmēr ir ūdens lāsītes, un varavīksne ir Saules gaismas atstarošanās šajos pilieniņos. Saules gaismas stari lūst, ieejot katrā lietus lāsē, pēc tam tie atstarojas no ūdens piliena iekšējās sieniņas un tad atkal iznāk ārpus piliena. Tādējādi gaismas stari nokļūst cilvēka acīs, un novērotājs redz visus starus atbilstoši to spektram — novērotājs redz loku, kas veido varavīksni.

Izveidojoties šai varavīksnei, novērotājam šķiet, ka visumā koncentrējas loks, kas veidojas no daudzkrāsainas gaismas, pie tam sākumpunkts košajām gaismām vienmēr sākas aiz novērotāja muguras. Košā mēness naktī var redzēt mēness varavīksni. Tā kā cilvēka redze ir tāda, ka pie slikta apgaismojuma jutīgas ir tikai redzes nūjiņas, tad cilvēks neuztver šo gaismu kā krāsainu. Tādēļ mēness varavīksne izskatās balta. Tomēr ar palielinātas ekspozīcijas fotogrāfiju palīdzību var redzēt, ka arī Mēness varavīksne ir krāsaina.

Varavīksnes veidošanās shēma ir redzama attēlā.

Sfēriskā lāse;
Iekšējā atstarošanās;
Sākotnējā varavīksne;
Lūzums;
Atkārtotā varavīksne;
Ienākošais gaismas stars;
Gaismas staru gaitas formēšanās sākotnējā varavīksnē;
Gaismas staru formēšanās atkārtotai varavīksnei;
Vērotājs;
Apvidus, kurā veidojas varavīksne;
Apvidus, kurā veidojas varavīksne;
Apvidus, kurā veidojas varavīksne.

Visbiežāk ir redzama sākotnējā varavīksne, kuru veidojošā gaisma ir vienreiz iekšēji atstarota lietus lāsē, Gaismas staru gaita parādīta zīmējumā, zīmējuma augšpusē. Sākotnējajā varavīksnē sarkanā krāsa atrodas joslas malā, un tās telpas leņķa lielums ir 40° līdz 42°. Šad tad var redzēt vēl vienu varavīksni, kas nav tik koša kā pirmā, tā ir sekundārā varavīksne, kuru veidojošā gaisma ūdens lāsē atstarojas divas reizes. Sekundārajai varavīksnei ir apgriezta krāsu secība, tās ārpusē ir violetā krāsa, bet sarkanā ir iekšpusē, leņķa lielums sekundārajai varavīksnei 50° līdz 53°. Debesis starp šīm divām varavīksnēm ir ievērojami tumšākas. Dažreiz, kad ir ļoti tīrs gaiss (parasti kalnos), var novērot arī trešo varavīksni, kuras telpas leņķis ir aptuveni 60°.

Krāsas

Tradicionāli pieņemts, ka varavīksnes lokā ir septiņas krāsas — sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, gaiši zila, tumši zila un violeta. Patiesībā tajā ir bezgalīgs krāsu spektrs — no sarkanās krāsas līdz violetajai, kā arī krāsu toņi, kas cilvēka acīm nemaz nav saskatāmi, piemēram, infrasarkanais starojums un ultravioletais starojums, kas attiecīgi novietojušies virs sarkanā un zem violetā krāsu spektra.

Varavīksnes krāsas var saskatīt arī istabā uz baltas papīra lapas. Lai to saskatītu, ir nepieciešama stikla prizma.

Kad baltās gaismas kūlis ieiet prizmas stiklā, katras krāsas stari lūst dažādi. Tā notiek tāpēc, ka dažādām krāsām ir dažādi laušanas koeficienti un līdz ar to arī laušanas leņķis ir atšķirīgs. Tāpēc gaismas stariem iznākot no prizmas, tie ir vērsti katrs uz savu pusi un tur, kur stari krīt, veidojas krāsainas josliņas. Sarkanās gaismas stariem pārejot stiklā, to izplatīšanās ātrums mainās vismazāk. Prizmā tie lūst visvājāk un noliecas vismazāk, bet vislielākais gaismas laušanas koeficients ir violetās gaismas stariem, tāpēc tad, kad violetie gaismas stari iziet no prizmas, tie noliecas visvairāk.

Parasti uzskata, ka baltā gaisma sastāv no septiņām krāsām — sarkanas, oranžas, dzeltenas, zaļas, gaiši zilas, zilas, violetas. Šīs krāsu joslas sauc par baltās gaismas spektru. Šo baltās gaismas spektru var novērot ne tikai caur prizmu, tas ir novērojams arī caur slīpētu biezu stikla trauku vai spoguļa malu.

Vēsture

Persiešu astronoms Kutbs al-Din al-Širasī (1236—1311) un viņa skolnieks Kamāls al-Din al-Fārisī (1260—1320), iespējams, bija pirmie, kas visprecīzāk skaidroja šo parādību. Kopējā fiziskā varavīksnes aina tika aprakstīta tikai 1611. gadā., un to veica Marks Antonijs de Dominis. Pētījumi balstījās uz novērojumu slēdzieniem par to, ka varavīksne veidojas lietus lāses iekšējās atstarošanās un divkāršā stara lūzuma rezultātā, gaismas staram ieejot un izejot no lāses. Renē Dekarts visprecīzāk izskaidroja šo parādību savā darbā "Meteori" nodaļā "Par varavīksni" 1637. gadā.

Lai arī daudzkrāsainais varavīksnes spektrs ir nepārtraukts, pēc tradīcijas to dala septiņās krāsās. Uzskata, ka pirmais skaitli 7 ir izvēlējies Īzaks Ņūtons, kuram skaitlis septiņi bija īpaši simbolisks. Pie tam sākotnēji viņš minēja tikai piecas krāsas — sarkano, dzelteno, zaļo, zilo un violeto, par ko viņš arī rakstīja savā „optikā”. Bet pēc tam tiecoties izveidot atbilstību starp spektra skaitļiem un atsevišķām muzikālo toņu gammām Ņūtons pievienoja šiem pieciem spektra toņiem vēl divus.

Lai atcerētos krāsu secību, pastāv frāzes, burti katram vārdam, kurš atbilst krāsu pirmajiem burtiem. Skatoties no augšas uz leju, varavīksnei no loka malas krāsas ir šādā secībā: sarkanā, oranžā, dzeltenā, zaļā, gaiši zilā, zilā (indigo), violetā. "Sīks olis dzelmē zib, gaidot zivis viesos."