Vì Sao Chúng Ta Chỉ Thấy Cầu Vồng Hình Cánh Cung Dù Nó Có Hình Tròn?

Có thể bạn quan tâm

Nhìn thấy cầu vồng giống như được ông trời ban thưởng vậy. Sau một cơn giông, bạn có thể dễ dàng bắt gặp cầu vồng bắt ngang đường chân trời. Nhưng có lẽ bạn sẽ bất ngờ khi biết "cầu" trong "cầu vồng" không phải là "cây cầu" với hình vòng cung, mà là "quả cầu" với một vòng tròn khép kín.

Vậy vì sao chúng ta chỉ thấy cầu vồng có hình vòng cung? Thông thường, chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phần cầu vồng do bị che chắn bởi mặt đất hoặc đường chân trời. Để có thể quan sát một cầu vồng hoàn chỉnh, bạn cần tìm một đĩa điểm thuận lợi ở vị trí cao. Chúng tôi sẽ giải thích rõ hiện tượng này.

Ảnh: Martijn Harleman/Spacegallery

Khúc xạ ánh sáng

Điều kiện quan trọng: Trong không khí, ánh sáng di chuyển với vận tốc khoảng 300.000 km/s. Nhưng vì nước đặc hơn không khí nên ánh sáng không thể đi xuyên nước với cùng vận tốc đó. Vì vậy, mỗi khi ánh sáng di chuyển trong không khí và xuyên qua một vùng nước, vận tốc của nó sẽ giảm đi một ít.

Trong hiện tượng cầu vồng, ánh sáng mặt trời chiếu qua các giọt nước riêng lẻ và bị khúc xạ hay bẻ cong nhiều lần. Đầu tiên, nó uốn cong khi đi xuyên qua một phân tử nước. Sau đó, ánh sáng tiếp tục phản xạ lại bên trong giọt nước khi va phải mặt bên kia và quay trở lại không khí. Ánh sáng tiếp tục bị khúc xạ một lần nữa khi thoát ra.

Trải qua quá trình khúc xạ nhiều lần, giọt nước phân chia ánh sáng mặt trời thành nhiều màu sắc đơn lẻ tổng hợp nên ánh sáng mặt trời. Dù ánh sáng mặt trời có màu trắng, nhưng các ánh sáng mặt trời là tổng hợp của tất cả các màu trong quang phổ có thể nhìn thấy được.

Mỗi màu sắc có một bước sóng riêng; màu đỏ có bước sóng dài nhất, và màu tím có bước sóng ngắn nhất. Vì những khác biệt đó nên khi ánh sáng mặt trời đi vào giọt nước và bị khúc xạ tạo thành các tia màu đơn lẻ và chúng đi ra ngoài theo các góc khác nhau. Đó là lý do vì sao cầu vồng gồm nhiều màu sắc chia thành từng lớp.

Nếu bạn muốn nhìn thấy cầu vồng, bạn cần nhìn về phía ngược với mặt trời và khối không khí ở hướng đó cần có độ ẩm lớn. Khi chùm ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng và bị khúc xạ, cầu vồng sẽ xuất hiện.

Hãy cùng chiêm ngưỡng vẻ đẹp của một chiếc cầu vồng thật sự

Cầu vồng là một hình tròn hoàn chỉnh

Khả năng quan sát cầu vồng phụ thuộc vào vị trí của bạn. Mỗi giọt nước trong khối không khí đó đều là một lăng kính nhỏ. Chúng đều phân tách ánh sáng mặt trời thành các tia màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Nhưng mắt của bạn sẽ không bao giờ nhìn được nhiều hơn một màu trên mỗi giọt nước. Những màu khác đi ra khỏi giọt nước theo góc mà mắt bạn không thể thấy được.

Màu tím là màu thấp nhất trên cầu vồng vì màu tím đi ra khỏi giọt nước ở góc hẹp nhất: 40 độ so với góc vào. Đồng thời, màu đỏ, là màu trên cùng của cầu vồng, được khúc xạ ở góc 42 độ so với góc vào.

Một yếu tố quan trọng khác là vị trí của điểm đối nhật. Đây là điểm trên bầu trời hoặc mặt đất đối diện (chính xác 180 độ) mặt trời so với góc nhìn của bạn. Vào một ngày nắng, đỉnh đầu cái bóng của bạn trên mặt đất chính là điểm đối nhật. Mỗi cầu vồng đều là một vòng tròn hoàn hảo có tâm chính là điểm đối nhật.

Tuy nhiên, nếu bạn đứng trên mặt đất, bạn sẽ không thể thấy toàn bộ cầu vồng là một vòng tròn đầy đủ. Về bản chất thì bạn không thể nhìn thấy phần cầu vồng bên dưới đường chân trời từ vị trí bạn đứng. Một trong những lý do là vì khoảng cách quá gần với bề mặt Trái Đất làm hạn chế số lượng cũng như nồng độ hạt mưa trong tầm nhìn của bạn.

Do đó, tỉ lệ nhìn thấy cầu vồng có tương quan trực tiếp đến vị trí của mặt trời. Khi mặt trời ở càng gần đường chân trời, điểm đối nhật của bạn càng cao, cho bạn cơ hội nhìn thấy cầu vồng lớn hơn so với khi mặt trời ở trên cao.

Ngược lại, nếu mặt trời cao hơn 43 độ so với đường chân trời thì những người quan sát từ mặt đất sẽ không thể nhìn thấy được cầu vồng. Nhưng nếu bạn đang ngồi trên một chiếc máy bay thì mọi chuyện sẽ thú vị hơn rất nhiều. Vào những ngày mưa hay có sương mù, hành khách trên máy bay và phi công có thể sẽ được chiêm ngưỡng một cầu vồng hoàn chỉnh. May mắn hơn nữa, vào năm 2013, nhiếp ảnh gia Colin Leohardt đã chụp lại một cầu vồng đôi hoàn chỉnh khi bay qua bờ biển Cottesloe tại Úc.

Ảnh: Colin Leohardt

Hào quang, vầng sáng

Chúng tôi sẽ kết thúc bài viết với một vài hiện tượng ảo ảnh tạo thành vòng tròn nhiều màu sắc trông như cầu vồng nhưng không phải cầu vồng. Nếu có dịp được ngồi gần cửa sổ trên máy bay, bạn sẽ có thể chiêm ngưỡng hào quang. Đó là những vòng tròn hẹp xuất hiện xung quanh điểm đối nhật khi bạn nhìn xuống một đám mây hoặc một lớp sương mù. Khác với cầu vồng, ánh hào quang là một sản phẩm của sóng điện từ. Bạn cũng có thể quan sát hào quang từ đỉnh núi cao.

Hào quang quan sát từ trên máy bay (trái) và vầng sáng bao quanh mặt trời (phải)

Ngoài ra, đôi khi những vầng sáng nhiều màu sắc cũng xuất hiện bao quanh mặt trời hoặc mặt trăng. Những vầng sáng này là kết quả từ sự tương tác giữa ánh sáng và các tinh thể băng lơ lửng.

Minh Bảo (Tham khảo HowStuffWorks)

Thành viên mới đăng