Se upp i den regniga himlen! Vad ser du? Tja, om det bara regnade och solen återigen lyser, är chansen stor att du ser en regnbåge. Alltid en härlig syn är det inte? Men varför är det att luften efter en regnstorm verkar fånga ljuset på precis rätt sätt för att framställa detta fantastiska naturfenomen? Ungefär som stjärnor, galaxer och flyget av en humla, en del komplicerad fysik ligger till grund för denna vackra naturakt. Till att börja med är denna effekt, där ljus bryts in i det synliga spektrumet av färger, känd som Dispersion of Light. Ett annat namn för det är den prismatiska effekten, eftersom effekten är densamma som om man tittade på ljus genom ett prisma.
För att uttrycka det enkelt, överförs ljus på flera olika frekvenser eller våglängder. Det vi känner som ”färg” är i verkligheten de synliga våglängderna i ljuset, som alla rör sig i olika hastigheter genom olika media. Med andra ord, ljus rör sig med annan hastighet genom vakuumet i rymden än genom luft, vatten, glas eller kristall. Och när det kommer i kontakt med ett annat medium bryts de olika färgvåglängderna i olika vinklar. De frekvenser som går snabbare bryts med en lägre vinkel medan de som går långsammare bryts med en vassare vinkel. Med andra ord är de spridda baserat på deras frekvens och våglängd, liksom materialet Refractionsindex (dvs hur skarpt det bryter ljuset).
Den totala effekten av detta - olika ljusfrekvenser som bryts i olika vinklar när de passerar genom ett medium - är att de framträder som ett spektrum av färg till det blotta ögat. När det gäller regnbågen sker detta som ett resultat av att ljus passerar genom luft som är mättad med vatten. Solljus kallas ofta “vitt ljus” eftersom det är en kombination av alla synliga färger. Men när ljuset slår mot vattenmolekylerna, som har ett starkare brytningsindex än luft, sprids det i det synliga spektrumet och skapar därmed illusionen av en färgad båge på himlen.
Tänk nu på en fönsterruta och ett prisma. När ljus passerar genom glas som har parallella sidor kommer ljuset att återgå i samma riktning som det gick in i materialet. Men om materialet är format som ett prisma kommer vinklarna för varje färg att överdrivas och färgerna visas som ett spektrum av ljus. Rött, eftersom det har den längsta våglängden (700 nanometer) visas högst upp i spektrumet, och bryts minst ut. Det följs kort därefter av orange, gul, grön, blå, indigo och violet (eller ROY G. GIV, som vissa vill säga). Dessa färger, bör det noteras, verkar inte vara lika distinkta utan smälter i kanterna. Det är bara genom pågående experiment och mätning som forskare kunde bestämma de distinkta färgerna och deras specifika frekvenser / våglängder.
Vi har skrivit många artiklar om spridning av ljus för Space Magazine. Här är en artikel om refraktorteleskopet, och här är en artikel om synligt ljus.
Om du vill ha mer information om spridning av ljus, kolla in dessa artiklar:
spridning av ljus av Prisms
Frågor och svar: Dispersion of Light
Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast som handlar om Hubble Space Telescope. Lyssna här, avsnitt 88: The Hubble Space Telescope.
källor:
http://en.wikipedia.org/wiki/Refractive_index
http://en.wikipedia.org/wiki/Dispersion_%28optics%29
http://www.physicsclassroom.com/class/refrn/u14l4a.cfm
http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=415.0
http://www.school-for-champions.com/science/light_dispersion.htm
