Cầu vồng là một hiện tượng thiên nhiên tuyệt đẹp và huyền diệu, thường xuất hiện sau những cơn mưa. Tuy nhiên, ít ai hiểu rõ về quá trình hình thành của cầu vồng và những yếu tố khoa học phía sau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cầu vồng được hình thành như thế nào dưới góc nhìn khoa học.
1. Ánh sáng và sự tán xạ
Cầu vồng xuất hiện là kết quả của sự tương tác giữa ánh sáng mặt trời và các giọt nước trong không khí. Ánh sáng mặt trời mà chúng ta thường thấy có màu trắng, nhưng thực chất, ánh sáng này bao gồm nhiều màu sắc khác nhau. Các màu sắc này, khi kết hợp với nhau, tạo ra ánh sáng trắng. Những màu cơ bản của cầu vồng bao gồm đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các giọt nước mưa, ánh sáng này bị khúc xạ, tức là bị bẻ cong khi đi qua bề mặt của giọt nước. Khúc xạ khiến cho ánh sáng trắng phân tách thành các màu sắc khác nhau do mỗi màu có một bước sóng khác nhau. Màu đỏ có bước sóng dài nhất, trong khi màu tím có bước sóng ngắn nhất. Chính sự phân tách này đã tạo ra dải màu cầu vồng mà chúng ta nhìn thấy.
2. Sự khúc xạ và phản xạ
Khi ánh sáng đi vào giọt nước, nó không chỉ bị khúc xạ mà còn bị phản xạ bên trong giọt nước. Sau khi bị khúc xạ lần đầu tiên khi đi vào giọt nước, các tia sáng bị phản xạ bên trong giọt và tiếp tục bị khúc xạ lần thứ hai khi rời khỏi giọt nước. Kết quả của quá trình khúc xạ kép và phản xạ này là các tia sáng bị tách thành nhiều màu sắc khác nhau, và khi hàng triệu giọt nước cùng phản chiếu ánh sáng mặt trời, chúng ta sẽ nhìn thấy cầu vồng.
3. Góc nhìn của người quan sát
Cầu vồng thường xuất hiện ở phía đối diện với mặt trời. Điều này có nghĩa là, để nhìn thấy cầu vồng, lưng của bạn phải quay về phía mặt trời và ánh sáng mặt trời phải chiếu vào các giọt nước trước mặt bạn. Ánh sáng bị khúc xạ và phản xạ bên trong các giọt nước sẽ tạo ra dải màu mà chúng ta thấy. Độ sáng và rõ nét của cầu vồng phụ thuộc vào kích thước của các giọt nước và cường độ ánh sáng mặt trời. Các giọt nước lớn hơn sẽ tạo ra cầu vồng sáng và rõ ràng hơn.
Cầu vồng xuất hiện dưới dạng hình cung tròn vì góc khúc xạ của ánh sáng khi rời giọt nước luôn cố định ở khoảng 42 độ đối với ánh sáng màu đỏ và nhỏ hơn đối với các màu khác. Chính vì góc độ cố định này mà cầu vồng luôn có dạng cung tròn.
4. Cầu vồng đôi và hiện tượng khác
Trong một số trường hợp đặc biệt, chúng ta có thể thấy hiện tượng cầu vồng đôi, tức là hai dải cầu vồng xuất hiện cùng lúc. Cầu vồng thứ hai thường mờ hơn và có thứ tự màu ngược lại so với cầu vồng chính. Cầu vồng đôi xuất hiện khi ánh sáng bị phản xạ hai lần bên trong giọt nước trước khi thoát ra ngoài. Điều này khiến cho một phần ánh sáng bị mất đi, làm cho cầu vồng thứ hai nhạt màu hơn.
Ngoài ra, còn có các hiện tượng khác liên quan đến cầu vồng như cầu vồng tròn, cầu vồng sương và cầu vồng mặt trăng. Tuy nhiên, chúng ít phổ biến hơn so với cầu vồng chính mà chúng ta thường thấy sau cơn mưa.
Cầu vồng là một hiện tượng tự nhiên đẹp mắt và mang đầy tính chất khoa học. Sự kết hợp giữa ánh sáng mặt trời, các giọt nước mưa và góc nhìn của người quan sát đã tạo nên những dải màu rực rỡ trên bầu trời. Hiểu được cách cầu vồng hình thành không chỉ giúp chúng ta thêm trân trọng vẻ đẹp của thiên nhiên mà còn mở ra cánh cửa khám phá những hiện tượng vật lý thú vị khác.