لماذا تظهر أقواس قُزَح في بعض زخَّات المطر وليس كلها ؟ ولماذا تكون على شكل أقواس نصف دائرية؟ هل يُمكن أن يُشكّل قوس قزح دائرة كاملة؟ كم يبعد عنا قوس قزح؛ وهل يمكنك أن تذهب إلى أحد أطرافه ؟ لماذا عادةً ما تظهر أقواس قزح في الصباح الباكر فقط، أو في آخر النهار؟
في العادة، ترى قوس قزح واحدًا فقط، لكنك قد تجد اثنين أحيانًا، كلاهما عبارة عن قوس شبه دائري حول نقطة مشتركة. ما هي هذه النقطة ؟ ولماذا يكون تسلسل الألوان في القوسين معكوسا؟ ولماذا تكون المنطقة بين القوسين داكنة نسبيا؟ ولماذا يكون القوس العلوي أعرض وأكثر خفوتا من السفلي؟ لماذا عادةً ما تكون قوائم القوس أكثر سطوعًا وحمرة من قمته؟ ما الذي يصنع الحزم الرقيقة الشاحبة التي تُرى أحيانًا تحت القوس السفلي مباشرة؟ لماذا ترى الألوان في حزمتين فقط، وليس على امتداد السماء الماطرة؟ إذا أمكن وجود قوس قزح ثالث، فهل يكون قريبا من القوسين الأوَّلين ؟ هل يُمكن للرعد أن يُغير قوس قزح؟
الجواب: تنتج أقواس قزح عندما تُحلل قطرات الماء المتساقطة ضوء الشمس الأبيض إلى ألوانه المتعدّدة، مُركّزة الألوان في حزمة تُسمى حزمة قوس قزح. وبما أن ضوء الشمس الساطع يجب أن يضيء القطرات، فإن أقواس قزح لا تُرى عندما يكون الغطاء السَّحابي واسع النطاق. يتعرَّض الضوء لعملية انكسار» (ينحني مساره) عندما يدخل إلى قطرة ماء ويخرج منها. ويعتمد مدى الانكسار على اللون؛ فمثلًا، لأن مسار الضوء الأزرق منحن أكثر من مسار اللون الأحمر، يخرج الضوءان الأزرق والأحمر من القطرة بزاويتين مختلفتين قليلًا.

شكل1 .
تنطوي أقواس قزح الأكثر حدوثاً على أشعة ضوء تدخل إلى قطرة، وتنعكس مرة عن السطح الداخلي لها، ثم تخرج باتجاهك. يُسمى قوس قزح هذا «قوس قزح الرئيسي» أو «قوس قزح من الدرجة الأولى»؛ لأن فيه انعكاسا واحدًا يكون فيه اللون الأحمر أعلى من الأزرق. أما قوس قزح من الدرجة الثانية» الذي يتطلب انعكاسين داخليين، ففيه تسلسل الألوان المعاكس، بسبب انطوائه على مواقع هندسية مختلفة لمسارات الضوء. يسمح الانعكاس الإضافي بنشر أبعد للألوان داخل كل قطرة، مما ينتج عنه قوس أعرض وأكثر خفوتًا. كما يكون القوس خافتاً لأنَّ بعض الضوء يتبدد عند كل نقطة انعكاس بينما يُغادر القطرة، تاركا للقوس ضوءًا أقل.
إن كل قطرات المطر المتساقطة المضاءة تكسر الضوء وتفصل الألوان، ولكن تلك القطرات الموجودة عند زوايا معيَّنة هي وحدها التي تُرسل الأشعة الملونة باتجاهك. يجب أن يكون قوس قزح الدرجة الأولى عند الزاوية 42 درجة تقريبًا من «النقطة المضادة للشمس» وهي النقطة المقابلة مباشرة لموقع الشمس بالنسبة لك. لإيجاد قطرات المطر، وجه ذراعك الممدودة نحو النقطة المضادة للشمس عند ظل رأسك ثم ارفع ذراعك إلى أعلى، أو في اتجاه آخر بزاوية 42 درجة. ستشير ذراعك عندئذ إلى الموضع الذي تُعطيك القطرات فيه قوس قزح من الدرجة الأولى. ستكون قطرات قوس قزح الدرجة الثانية عند زاوية قدرها 51 درجة تقريبًا من النقطة المضادة للشمس.
وبما أن القطرات يجب أن تكون عند زوايا محددة بالنسبة إلى النقطة المضادة للشمس، فإن أقواس قزح تشكل أقواسًا دائرية حول تلك النقطة. من موقع عال، مثل طائرة، يُمكنك أن ترى دوائر كاملة. ليس لأقواس قزح مسافة حقيقية منك؛ فكل القطرات الموجودة على الزاوية المناسبة يُمكنها الإسهام في الألوان (بصرف النظر عن بعدها عنك). لذلك، لا يُمكنك المشي إلى نهاية قوس قزح (لإيجاد جَرَّة من الذهب). وأيضًا، قوس قزح الذي تراه شخصي؛ فالشخص الواقف بجانبك يرى ألوانًا من مجموعة مختلفة القطرات.
في العادة يكون قوس قزح مرئيًّا فقط في الصباح الباكر أو آخر النهار؛ لأن النقطة المضادة للشمس تكون مُنخفضة كثيرًا عن الأفق في منتصف النهار. ومع ذلك، فقد تستطيع رؤية قوس قزح إذا نظرت إلى الأسفل، من نقطة عالية.
أما أقواس قزح من الدرجتين الثالثة والرابعة تتطلب ثلاثة وأربعة من الانعكاسات الداخلية على الترتيب، فتقع في أقواس دائرية حول الشمس (بدلا من النقطة المضادة للشمس، لكنها تكون باهتة للغاية، بحيث لا يُمكن رؤيتها في وهج الضوء القادم من هذا الجانب من السماء. هناك تقارير نادرة عن مُشاهدات لأقواس قزح من الدرجة الثالثة، ولكن الألوان كانت ناتجة عن البلورات الثلجية على الأرجح. ويقع قوس قزح الدرجة الخامسة (خمسة انعكاسات داخلية بين أقواس قزح من الدرجتين الأولى والثانية، ولكنه أكثر خفوتا من أن يُرى مثله مثل كل أقواس قزح الممكنة الأخرى. تكون المنطقة التي تتوسط قوسين من الدرجتين الأولى والثانية، مظلمة مقارنةً بالمناطق الموجودة أسفل القوسين وأعلاهما؛ لأن القطرات في تلك المنطقة المتوسطة لا تُعيد توجيه أشعة الضوء إليك، بينما القطرات في الأسفل والأعلى تفعل ذلك. عادةً ما تكون قوائم قوس قزح أكثر سطوعًا وحمرةً من قمَّته . بسبب عوامل عدة، أحدها يتعلق بحجم القطرات وشكلها. تكون ألوان قوس قزح أكثر تمايزا في القطرات الأكبر حجمًا؛ لأن مسار الضوء الإضافي في القطرات الأكبر يسمح للألوان بالانفصال أكبر. ومع ذلك فإن مقاومة الهواء تُسَطّح القطرات الأكبر حجمًا بينما تسقط. يمر الضوء عند القوائم عبر مقطع عرضي دائري أفقي من كل قطرة؛ وهذا المقطع العرضي مثالي لإنتاج ألوان ساطعة متمايزة في قمة قوس قزح، يمر الضوء عبر مقطع عرضي غير دائري، مما ينتج عنه ألوان أكثر خفوتًا وأقل تمايزا.
وقد تكون القوائم أكثر سطوعًا أيضًا؛ لأن القطرات فيها مضاءة إضاءة أفضل بضوء الشمس الملتف تحت السحب المعلَّقة. وتكون القوائم أكثر حمرة إذا فقد ذلك الضوء كل ألوان الطيف، ما عدا طرفه الأحمر، بينما ينتقل مسافة طويلة عبر الهواء ليصل إلى القطرات.
إن الحزم الخافتة التي يُمكن رؤيتها أسفل قوس قزح الدرجة الأولى مباشرة، وفوق قوس قزح الدرجة الثانية مباشرة (في حالات أكثر ندرة تُسمى «الزوائد». تكشف الزوائد عن أن ألوان قوس قزح لا تُنتجها قطرات تعمل عمل منشورات بسيطة. بل إن قوس قزح هو في الواقع نمط متداخل» تُنتجه موجات الضوء المارة عبر كل قطرة، ثم يحدث التداخل. إن الألوان التي تراها عادةً هي الأجزاء الأكثر سطوعًا من النمط المتداخل. على سبيل المثال، ينتج الأحمر الساطع حيثما تكون موجات اللون الأحمر المتداخلة مترافقة بعضها مع بعض؛ ومن ثَم يُعزّز بعضها بعضًا.
إذا كان للقطرات الحجم نفسه تقريبًا، فربما ترى الزوائد الباهتة. وعندما تكون القطرات متفاوتة الأحجام، تتداخل الزوائد بقدر أكبر ، لا يُمكن معه تمييزها، ولا ترى إلا إضاءة بيضاء باهتة في العموم. وعلى الرغم من أن نماذج أقواس قزح البسيطة تعمل بنجاح مع القطرات الأكبر من 0,1 مليمتر، فإن نماذج أكثر تعقيدًا تلزم للقطرات الأصغر حجما، وما زالت قيد البحث. يتسبب الرعد في تذبذب قطرات الماء، مما يُشوِّه الألوان أو يزيلها، وذلك بسبب : تشوه شكل القطرات. وكذلك فإن التذبذبات الناتجة عن عصف الريح أثناء تساقط القطرات ربما تشوه الألوان خاصة في حالة القطرات الأكبر حجما.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

العتبة العباسية المقدسة تنظّم محاضرة توعوية لطالبات كلية الأسوة للبنات في باكستان

الهيأة العليا لإحياء التراث تقيم دورة متخصّصة عن الفقه الكلامي

قسم التطوير يشرع بمقابلة المتقدمين للانضمام إلى أكاديمية التطوير الإداري

قسم الشؤون الفكرية يعلن انضمام جامعة كربلاء إلى المستودع الرقمي العراقي للأطاريح

المزيد

الآخبار الصحية

اختراع صيني.. لاصق يصلح كسور العظام خلال دقائق

اكتشاف حلقات عملاقة من الحمض النووي.. تقلل خطر السرطان

آباء أميركيون يطالبون بتنظيم روبوتات الدردشة لحماية الأطفال ؟

4 إشارات من القلب لا يجب تجاهلها أبدا

المزيد

الآخبار التكنلوجية

"تحليل المحادثات" يكشف كيف يستخدم الناس تشات جي بي تي

الدخان يكشف المستور.. التحنيط بدأ خارج مصر

مشهد مدهش للأرض من الفضاء.. جمجمة بيولوجية بعينين محدّقتين!

أول قطار يعمل بالهيدروجين في أميركا يدخل الخدمة رسميًا

المزيد

مواضيع ذات صلة

سماء النهار ليست مظلمة

أقواس قزح اصطناعية

أقواس قزح غريبة

ما الواقع ؟ (عندما تفكك الفيزياء البصرية التراكب الموجي)

الفزياء والكون .. الضوء والاشعة

انتشار الضوء في خطوط مستقيمة

القياس الضوئي

انعكاس الضوء عن سطح كرى – المرايا الكرية

انعكاس الضوء عند سطح مستوى - المرآة المستوية

The momentum of light

Polarization of scattered light

The electric vector of light