หลังฝนหยุดแล้วแดดเริ่มออก เราอาจเห็นรุ้งพาดเป็นส่วนโค้งอยู่บนท้องฟ้า ชวนให้สงสัยว่า ถ้ารุ้งเกิดจากหยดน้ำมากมาย ทำไมเราเห็นเป็นเส้นโค้งแทนที่จะเป็นเส้นตรง? คำตอบคือรุ้งมีรูปทรงเป็นวงกลม แต่ตำแหน่งที่เรายืนและพื้นโลกทำให้มองเห็นได้เพียงบางส่วน
แสงแดดเดินทางผ่านหยดน้ำอย่างไร?
แสงแดดที่ดูเหมือนสีขาวประกอบด้วยแสงหลายสี เมื่อแสงเดินทางเข้าไปในหยดน้ำ ทิศทางของแสงจะเบนไป เรียกว่า “การหักเห” จากนั้นแสงบางส่วนสะท้อนที่ผิวด้านในของหยดน้ำ แล้วหักเหอีกครั้งตอนเดินทางออกมา
แสงแต่ละสีเบนไม่เท่ากัน เพราะมีความยาวคลื่นต่างกัน แสงจึงแยกออกเป็นแถบสีที่เรามองเห็นเป็นรุ้งกินน้ำ โดยทั่วไปสีแดงจะอยู่ขอบนอกของรุ้ง ส่วนสีน้ำเงินหรือม่วงจะอยู่ด้านใน
หยดน้ำแต่ละหยดไม่ได้ส่งแสงทุกสีเข้าตาเราพร้อมกันในแบบเดียวกัน หยดน้ำที่อยู่คนละตำแหน่งจะส่งสีที่ต่างกันมาถึงผู้สังเกต เมื่อมีหยดน้ำจำนวนมากเรียงอยู่ในมุมที่พอดี เราจึงเห็นสีต่อกันเป็นแถบโค้ง
ทำไมแถบสีถึงโค้ง?
ลองนึกภาพว่าดวงอาทิตย์อยู่ด้านหลังเรา ส่วนฝนหรือละอองน้ำอยู่ข้างหน้า จุดศูนย์กลางของรุ้งจะอยู่ในทิศตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ เมื่อแสงจากหยดน้ำเดินทางมาถึงตาในมุมที่เหมาะสม หยดน้ำเหล่านั้นจะปรากฏเป็นแนววงกลมรอบจุดนั้น
สำหรับรุ้งปฐมภูมิ ขอบสีแดงจะอยู่ที่มุมประมาณ 42 องศาจากจุดตรงข้ามดวงอาทิตย์ ส่วนสีอื่นจะอยู่ใกล้กว่านั้นเล็กน้อย มุมนี้ทำให้แสงจากหยดน้ำที่เรามองเห็นเรียงเป็นวง ไม่ได้เรียงเป็นเส้นตรงบนท้องฟ้า
รุ้งจึงไม่ได้อยู่ในตำแหน่งตายตัวเหมือนวัตถุที่เรามองเห็นได้จากทุกที่ คนสองคนที่ยืนคนละจุดอาจเห็นรุ้งจากหยดน้ำคนละชุด และเห็นตำแหน่งของรุ้งต่างกันเล็กน้อย
แล้วทำไมเราเห็นแค่ครึ่งวง?
รุ้งเป็นวงกลม แต่ส่วนล่างของวงมักอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า โลก อาคาร หรือภูมิประเทศจึงบังไว้ เราเลยเห็นแค่ส่วนที่โผล่ขึ้นมาเป็นโค้งคล้ายสะพาน ยิ่งดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ขอบฟ้า ส่วนโค้งที่เห็นก็ยิ่งสูงและยาวขึ้น
ในทางกลับกัน ถ้าดวงอาทิตย์อยู่สูงบนฟ้า ส่วนใหญ่ของวงรุ้งจะอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้าและถูกบังไว้ สำหรับรุ้งปฐมภูมิ บนขอบฟ้าราบ หากดวงอาทิตย์อยู่สูงกว่า 42 องศา เราจะไม่เห็นรุ้งโผล่พ้นขอบฟ้าตามเงื่อนไขปกติ
อยากลองสังเกตรุ้ง ให้มองไปทางไหน?
ถ้าหลังฝนมีแดดออก ลองหันหลังให้ดวงอาทิตย์แล้วมองไปทางฝนหรือละอองน้ำ โอกาสเห็นรุ้งจะมีมากขึ้น เพราะตำแหน่งของผู้สังเกต แสงแดด และหยดน้ำต้องอยู่ในแนวที่เหมาะกัน อย่ามองตรงไปที่ดวงอาทิตย์ เพราะแสงจ้าอาจทำให้ดวงตาเป็นอันตรายได้
ส่วนคำถามว่าปลายรุ้งอยู่ตรงไหน คำตอบคือไม่มีจุดปลายที่เราเดินไปหาได้จริง ๆ เพราะรุ้งที่เห็นขึ้นอยู่กับมุมมองของเราและหยดน้ำในบริเวณนั้น เมื่อเราเคลื่อนที่ มุมที่แสงเดินทางเข้าตาก็เปลี่ยนไป รุ้งจึงเหมือนเคลื่อนตามเราไปด้วย
ครั้งหน้าที่เห็นรุ้ง ลองนึกถึงหยดน้ำเล็ก ๆ ที่ช่วยหักเหและสะท้อนแสงแดด ส่วนโค้งที่เห็นไม่ได้เกิดจากรุ้งหักงอ แต่เกิดจากวงกลมของแสงที่เรามองเห็นได้เพียงบางส่วนเท่านั้น
แหล่งข้อมูล: National Weather Service: How Do Rainbows Form?