Kuidas tekib vikerkaar?
Tavaliselt joonistatakse vikerkaare tekke seletamiseks üks sfääriline vihmapiisk ning öeldakse: valguskiired murduvad selle sees tagasi ning iga värv või lainepikkus selles valguses murdub erinevasse suunda. Ent näiteks murdunud punased kiired ei lähe kõik sugugi ühes suunas, vaid nende suund pärast veepiiska sõltub sellest, missugusesse piisa punkti see kiir satub, kas keskele või serva peale (vaata simulatsiooni aadressil tinyurl.com/cz8bgj). Enamus tagasi murduvast valgusest liigub siiski umbes 42kraadise nurga all esialgse päikesevalguse suuna suhtes.
Võiks küsida, mida me näeksime siis, kui päikesevalgus murduks vaid ühes vihmapiisas? Simulatsioon ja üldine teadmine, kuidas silm näeb (st kuidas tekib silma võrkkestale kujutis) ütlevad meile, et sel korral näeksime seda piiska mingit värvi olevat ning kõrgemale või madalamale liikudes (st muutes nurka päike-veepiisk-silm) muudaks see piisk värvi. Selleks, et näha vikerkaart, on vaja palju veepiisku.
Iga vihmapiisk annab vikerkaares ühe pisikese täpi ning selle piisa (või täpi) värv on määratud tema asukohaga vaatleja ja päikese suhtes. Sellest võib ka kohe järeldada, et kui vihmapiisk kukub, siis ta muudab vikerkaare vaataja jaoks oma värvi punasest siniseks. Ja kui vikerkaar on poolik, siis seal, kus vikerkaart ei ole, parajasti ei saja. Vikerkaare poole liikudes jääb ta meist alati sama kaugele või lihtsalt kaob.
Vastus küsimusele, miks vikerkaar on just kaarekujuline, on 42 kraadi reeglis, mis ütleb, et päikese, piisa ja vaatleja silma vahele moodustatud nurk peab olema ligikaudu 42 kraadi selleks, et sellelt konkreetselt piisalt silma valgust jõuaks. Kujutagem päikeselt tulevat valgust ette, kui paralleelsete valguskiirte kimpu. Need kiired lähevad paralleelsetena vihma sisse ning murduvad tagasi. Aga otse vaatleja poole liiguvad nad vaid siis, kui päike-piisk-silm nurk on ca 42 kraadi. Selgub, et niisugused piisad moodustavad kaare.
Asjast arusaamiseks võiksite võtta ühe kolmnurkse joonlaua. Valige välja üks nurk, mis on kõige lähemal 42 kraadile. Valitud nurga üks lähiskülg tähistagu päikesekiirte langemise suunda, teine lähiskülg tähistab piisalt meie silma sattuvat kiirt. Hoidke silma juurde jõudvat kiire otsa silma juures ning päikesekiirt tähistavat külge ühes sihis, kolmnurk ise hoiab konstantsena nurga vastava kahe külje vahel. Mida saab veel liigutada? Kolmnurka saab liigutada ümber telje. Sel juhul joonistab kolmnurga 42kraadine nurk ringi mööda erinevaid vihmapiisku, mis murravad neile langevat valgust täpselt vaataja silma. Järelikult moodustab vikerkaar kaare... nagu nimigi lubab.
Ei ole füüsikalist põhjust, miks Kuult peegelduva valgusega ei võiks tekkida samasugust vikerkaart kui päikesestki. Kui päikesevalgus oleks sinine, siis oleks ka vikerkaar sinine ja palju ühevärvilisem kui tavalise kollase päikese korral. Sinine värv ei tähenda tingimata, et vikerkaar paistaks täiesti ühevärvilisena, mingisugused väikesed muutused võiksid ehk näha olla.
