Vì sao có cầu vồng?

[[ẹc]]

Khi một tia sáng chiếu qua một giọt nước, hướng của tia sáng sẽ bị lệch đi. Ánh sáng mặt trời là một hỗn hợp của nhiều màu sắc. Giọt nước làm lệch các màu ở mức độ khác nhau, do đó tạo nên hình ảnh cầu vòng rực rỡ trên bầu trời.
Ánh sáng mặt trời đi theo đường thẳng nhưng bị chệch hướng khi đi qua ranh giới các chất có mật độ khác nhau. Chẳng hạn như đi từ không khí sang thuỷ tinh, hoặc từ không khí vào nước. đó là hiện tượng khúc xạ. Như vậy những giọt nước ở trong không khí có thể làm khúc xạ tia sáng Mặt trời, nhưng với điều kiện tia nắng phải bắt gặp giọt nước dưới một góc tương đối nhỏ: Điều đó giải thích tại sao ta lại nhìn thấy cầu vòng vào buổi sáng hoặc buổi chiều, chứ không bao giờ vào buổi trưa.
Khi đi trên máy bay, đôi khi ta có thể nhìn thấy phía dưới mình, có một vòng tròn gồm đủ các màu sắc của cầu vồng.

(Ảnh: Freeze.com)

Doan Thi Kim Tuyen​

 

[[ẹc]]

Tại sao cầu vồng lại tròn và thường kép?

Những cầu vồng thông thường nhất được hình thành khi ánh sáng mặt trời chiếu qua các hạt mưa. Các giọt mưa này có tác dụng giống như lăng kính và tán xạ ánh sáng mặt trời thành quang phổ màu sắc quen thuộc: đỏ, cam, vàng, xanh lục, xanh lam, chàm, tím.

Cầu vòng có hình tròn do có liên quan đến đặc tính hình học khi nhìn chúng. Bạn thấy một cái cầu vồng khi mặt trời ở phía sau lưng bạn và các hạt mưa thì ở trong các đám mây phía trước mặt bạn. Các tia sáng đi qua trên đầu bạn từ phía sau, chiếu vào các hạt mưa, bị tán xạ thành màu sắc, phản xạ ra phía sau các hạt mưa rồi đi vào mắt bạn.
Mắt phải tiếp nhận các tia sáng chiếu tới từ hạt mưa theo một góc cụ thể để có thể nhận được màu sắc. Một cầu vồng nhìn được chỉ được hình thành nếu các hạt mưa nằm đúng vị trí, nhờ đó sẽ có một góc nhất định giữa mặt trời, giọt mưa và mắt bạn. Cái góc này phải là góc cố định và đặc tính hình học giữ cho góc này không đổi có liên quan tới một đường tròn.
Bạn chỉ có thể nhìn thấy một phần đường tròn này nằm phía trên đường chân trời. Nếu bạn tưởng tượng phần còn lại của đường tròn nằm ở đâu, bạn sẽ thấy là bạn có thể vẽ một đường thẳng từ mặt trời xuyên qua đầu bạn đến điểm giữa của hình tròn, mà một phần của nó chính là cầu vồng.
Điều này nghe có vẻ thi vị, nhưng về mặt khoa học, không có hai người nào nhìn thấy cùng một cầu vồng. Nếu ba người cùng nhìn vào cầu vồng, mỗi người đều ở một góc đúng để nhìn thấy cầu vồng đó. Đôi khi người ta còn nhìn thấy một cầu vồng thứ hai bên ngoài cầu vồng thứ nhất, một vòng tròn lớn hơn. Màu sắc ở cầu vồng thứ hai này sắp xếp ngược lại, rất mờ ảo một cách khá đặc trưng.
Điều xảy ra chính là ánh sáng đi cùng theo một con đường, nhưng tia sáng được phản xạ lại hai lần trong giọt mưa. Hai lần phản xạ đem lại hai hiệu quả: trật tự màu sắc bị lật ngược và trong mỗi lần phản xạ ánh sáng bị yếu đi, phân tán ra khỏi hạt mưa, làm cho cầu vồng thứ hai mờ ảo và ít khi được nhìn thấy.
Để tự kiểm chứng, vào lúc thời tiết ấm, bạn có thể tự tạo ra một cầu vồng bằng ống tưới nước để sao cho nước phun ra thật đẹp và mặt trời nằm đúng ở phía sau lưng bạn.
(Theo Những bí ẩn quanh ta)

 

[[ẹc]]

Hai cơn mưa rào xảy ra cùng một lúc. Khi đó, các hạt mưa sẽ có kích cỡ khác nhau và tạo ra các cầu vồng hơi biến dạng. Những cầu vồng này kết hợp sẽ làm thành cầu vồng sinh đôi.
> Cầu vồng kép hiếm có

Cầu vồng kép xuất hiện phía trên làng Kingwear, hạt Devon, Anh. Ảnh: Mirror.
Cầu vồng là hiện tượng tán sắc của ánh sáng mặt trời khi tương tác với những hạt nước trong không khí. Khi ánh sáng vừa bị phản xạ, vừa bị khúc xạ qua hạt nước, nó sẽ tách thành các màu theo thứ tự: Đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
Thường thấy nhất là cầu vồng đơn trong khi đó cầu vồng đôi gồm 2 cầu vồng đồng tâm riêng biệt và cầu vồng bậc 3, bậc 4 thì ít phổ biến hơn. Tuy nhiên, hiếm gặp nhất là cầu vồng "sinh đôi" - cầu vồng chung gốc nhưng lại tách thành 2 cung vòng riêng biệt.
Cầu vồng được nghiên cứu từ 2.000 năm trước, nhưng hiện tượng quang học đặc biệt này vẫn chưa được khám phá một cách đầy đủ.
"Mọi người đều từng nhìn thấy cầu vồng, trong đó có cầu vồng sinh đôi. Tuy nhiên cho đến tận bây giờ, không ai biết tại sao nó xuất hiện", tiến sĩ Wojciech Jarosz, thuộc Trung tâm Nghiên cứu Disney, Zurich, Thụy Sỹ nói.
Tiến sĩ Jarosz và cộng sự đã nghiên cứu các phiên bản cầu vồng ảo trên máy tính vốn được sử dụng trong hoạt hình, trò chơi điện tử và xem xét hình dạng hạt nước cũng như những tương tác phức tạp của chúng với ánh sáng.
"Những mô phỏng trước đây cho rằng hạt nước có hình cầu. Nhờ vậy người ta có thể lý giải được hiện tượng cầu vồng đơn và cầu vồng đôi nhưng không thể giải mã được bí ẩn về cầu vồng sinh đôi", Jarosz nói. Thực ra, khi rơi, hạt nước sẽ bị ép lại do lực cản của không khí và mang hình dáng của chiếc bánh hambuger.
Theo Jarosz, bí ẩn của cầu vồng "sinh đôi" nằm ở sự kết hợp của các giọt nước với kích cỡ khác nhau. "Đôi khi, hai cơn mưa rào xảy ra cùng một lúc", Jarosz giải thích, "Khi đó, các hạt mưa sẽ có kích cỡ khác nhau và tạo ra các cầu vồng hơi biến dạng. Những cầu vồng này kết hợp sẽ làm thành cầu vồng sinh đôi".
Nhóm nghiên cứu đã phát triển phần mềm đồ họa này để tái tạo và mô phỏng lại những hiện tượng cầu vồng sinh đôi. Lần đầu tiên, kết quả mô phỏng trùng khớp với hình ảnh thực tế ghi lại từ máy ảnh.
Các nhà khoa học đã khám phá ra bí ẩn về cầu vồng "sinh đôi" rất tình cờ. Ban đầu, mục đích của họ là mô phỏng cầu vồng cho phim hoạt hình một cách tốt hơn họ nghĩ rằng hiện tượng này đã được hiểu một cách khá cặn kẽ từ trước.
Trong quá trình thực hiện, chúng tôi lại phát hiện ra rằng khoa học và các phương pháp mô phỏng hiện nay vẫn chưa thể giải thích được một số hiện tượng. Bí ẩn đó đã kéo chúng tôi vào cuộc", Jarosz cho biết.
Giờ đây, giới nghiên cứu hy vọng rằng, phương pháp mô phỏng của họ có thể được sử dụng rộng rãi hơn, không chỉ cho lĩnh vực đồ họa máy tính. Phát hiện trên nhen nhóm hy vọng một ngày nào đó, mô phỏng chính xác về các hiện tượng trong các lĩnh vực như khí tượng học có thể giải mã được những bí ẩn kỳ thú của tự nhiên.
Kiến thức