इंद्रधनुष्य अर्ध वर्तुळाकार का असते?

इंद्रधनुष्य ही नेत्रेन्द्रियासंबधीची (आणि हवामानासंबधीची) एक अपूर्व गोष्ट आहे, जी पृथ्वीच्या वातावरणातील पाण्याच्या थेंबात, प्रकाशाचे प्रतिबिंब आणि वक्रीभवन, दोन्ही झाल्या कारणाने होते, परिणामी, प्रकाश आकाशात दिसणाऱ्या विविध घटक रंगांमध्ये विखुरला जातो. तो एक विविध रंगी कमानीचे रूप घेतो. सूर्यप्रकाशाद्वारे तयार झाल्याने इंद्रधनुष्य नेहमी  सूर्याच्या थेट विरुद्ध आकाशातील विभागात दिसतात.

इंद्रधनुष्याचे रंग जांभळा, पांढरा, निळा, हिरवा, पिवळा, नारिंगी आणि तांबडा हे आहेत. इंद्रधनुष्याचे रंग लक्षात ठेवण्यासाठी एक सोपा मार्ग आहे  VIBGYOR (ता ना पि हि नि पा जा).

इंद्रधनुष्याला त्याच्या आकारामुळे त्याचे हे नाव मिळाले, असे मानले जाते. इंद्रधनुष्याची कमान धनुष्यासारखी दिसते. ही रंगीत कमान फक्त पाऊस येतो, तेव्हाच तयार होते असे लोकांच्या निदर्शनास आले, त्यामुळे ते त्याला इंद्रधनुष्य म्हणतात.

वैज्ञानिक आयझॅक न्यूटन यांनी इंद्रधनुष्य कसे तयार होते हे स्पष्ट केले. सूर्यप्रकाश इंद्रधनुष्याच्या रंगांनी बनलेला आहे. जेव्हा हे सर्व रंग एकत्र मिसळले  जातात, तेव्हा तो पांढरा दिसतो. पांढरा प्रकाश म्हणजे आपण प्रत्येक दिवशी पाहात असलेला प्रकाश आहे. जेव्हा, सूर्यप्रकाश एकाच दिशेने हवेच्या माध्यमातून प्रवास करतो, तेव्हा आपण पांढरा प्रकाश पाहतो. जेव्हा सूर्यप्रकाश एका पावसाच्या थेंबाच्या माध्यमातून प्रवेश करतो, तेव्हा पहिल्यांदा प्रकाशाचे त्या थेंबात वक्रीभवन होते, त्यानंतर, पावसाच्या थेंबामध्ये त्याचे संपूर्ण अंतर्गत प्रतिबिंब होते (total internal reflection)(हा एक वक्रीभवनाचा प्रकार आहे). त्यानंतर या पावसाच्या थेंबात त्याचे प्रतिबिंब होत जाते आणि नंतर प्रकाश, विरुद्ध पृष्ठभागाच्या माध्यमातून वक्रीभवन होऊन, पावसाच्या थेंबातून  बाहेर पडतो. वक्रीभवनाच्या प्रत्येक टप्प्यावर, त्यांच्या वेगवेगळ्या वेव्ह लेंथ (wave lengths) आणि वेगवेगळ्या ऊर्जा पातळीमुळे (energy levels) रंग वेगळे होतात. प्रकाश ऊर्जेतील या विविध रंगीत किरणांचे, वेगवेगळ्या कोनातून वक्रीभवन होते आणि ते वेगळे केले जातात. प्रत्येक पावसाचा थेंब त्याचे  स्वत:चे इंद्रधनुष्य तयार करते, पण आपल्याला एक इंद्रधनुष्य पहाण्यासाठी लाखो पावसाचे थेंब लागतात. शेवटी, प्रतिबिंबित रंग, वातावरणातील धूळीवर आणि वायुरूप कणांवर पडतात. ते खूप लांब अंतरावर असल्याने, आमचे डोळे, प्रकाशाचे विविध रंग पडणाऱ्या विविध उंचींचे मापन करू शकत नाहीत. इंद्रधनुष्य एक अर्ध वर्तुळाकार आकारात आहे, या भ्रमात आपण राहतो.  

इंद्रधनुष्याची कमानीचा कोन, सूर्यापासून उलट दिशेने सुरूवात केल्यापासून ४२^० आहे. ( याचे कारण हे आहे की वक्रीभवनाचा सामान्य कोन ४२^० आहे.)

कधी कधी सूर्यप्रकाश पावसाच्या थेंबात दोनदा प्रतिबिंबित होतो. हे झाल्यास, आपल्याला एक दुय्यम इंद्रधनुष्य किंवा दुहेरी इंद्रधनुष्य पाहायला मिळते. दुय्यम किंवा दुहेरी इंद्रधनुष्याचे रंग प्राथमिक किंवा पहिल्या इंद्रधनुष्याच्या उलट क्रमाने असतात. आपल्याला तांबड्या रंगाऐवजी जांभळा रंग, दुय्यम इंद्रधनुष्याच्या सगळ्यात वर दिसेल.

चंद्राचा प्रकाश पावसाच्या थेंबातून प्रतिबिंबित होतो, तेव्हा चंद्र धनुष्य किंवा चंद्राचे इंद्रधनुष्य तयार होते. या प्रकारचे इंद्रधनुष्य दुर्मिळ आहे, कारण चंद्राचा  प्रकाश सहसा इंद्रधनुष्य तयार करण्याइतका पुरेसा तेजस्वी नसतो.

सर्व इंद्रधनुष्ये पूर्ण गोलाकार असतात तथापि, सरासरी निरीक्षक फक्त अंदाजे पूर्ण गोलाचा वरचा अर्धा भाग पाहू शकतो : 'निरीक्षकाच्या नजरेच्या टप्प्याच्या  रेषेपासूनच्या क्षितीजावरील प्रकाशित पावसाचे थेंब’

धनुष्याचे केंद्र निरीक्षकाच्या डोक्यावरील सावलीत असते आणि निरीक्षकाचे डोके व त्याच्या सावली दरम्यानच्या रेषेला ४०-४२° च्या कोनात एक वर्तुळ तयार करते. त्याचा परिणाम म्हणून, जर सूर्य ४२° पेक्षा जास्त उंचीवर असेल तर, इंद्रधनुष्य क्षितीजाच्या खाली असेल आणि सहसा ते  पाहिले जाऊ शकत नाही कारण, इंद्रधनुष्य तयार करण्याइतके पुरेसे पावसाचे थेंब, क्षितीज ( म्हणजे नजरेची उंची) आणि जमिनीदरम्यान नसतात. अपवाद घडतात, जेव्हा निरीक्षक जमिनीपेक्षा खूप उंचीवर असतो तेव्हा उदाहरणार्थ एका विमानात. विकल्पाने, जर आपण योग्य ठिकाणी असाल तर, तुम्ही कारंजे किंवा धबधब्याच्या तुषारांमधून पूर्ण वर्तुळ पाहू शकता. पर्वत गिर्यारोहक कधी कधी पूर्ण वर्तुळ इंद्रधनुष्य पाहू शकतात. पूर्ण वर्तुळ इंद्रधनुष्यसुद्धा एक भ्रम आहे. भ्रम होण्याचे कारण असे की, इंद्रधनुष्यातील रंग लांब अंतरापासून बाऊन्स (परावर्तित) होत असतात आणि आपल्याला असे वाटते की ते एका गोलाकार पृष्ठभागापासून परावर्तित होत आहेत.