Regenboog
Er is geen mens die niet ooit wel eens de regenboog heeft gezien. De regenboog kunnen we daarom wel aanvoeren als hét basisvoorbeeld van 'de optische verschijnselen', ofschoon hij veel minder vaak is te zien dan veel andere optische verschijnselen. Maar daar staat tegenover dat je de regenboog ook kunt zien in een fontein in het park, of in de waternevel van een beregeningsinstallatie op het land. En je kunt hem heel simpel zelf opwekken met behulp van een plantennevelspuit op een zonnige dag. Op die manier kun je ook eenvoudig aantonen dat de regenboog een volledige cirkel beschrijft. In de vrije natuur is doorgaans alleen het booggedeelte te zien dat boven de horizon uitsteekt.
Afbeelding 1
a -- Regenboog in zijn volledige gedaante: als cirkel
b -- Regenboog zoals hij gewoonlijk wordt gezien: het boogdeel boven de horizon
Interne reflecties
We spreken hier weliswaar van 'de regenboog', maar in feite bestaat dit verschijnsel uit een stelsel van kringen waarvan we er doorgaans maar één, hooguit twee kunnen zien. Alle kringen hebben gemeen dat zij ontstaan door de werking van lichtstralen in waterdruppels, waarbij intredende lichtstralen na een of meer keren inwendig te zijn weerkaatst worden gebroken bij uittreding.
Afbeelding 2
Basisprincipe van het ontstaan van de regenboog. De zonnestraal die van linksboven op de druppel invalt wordt bij in gebroken, waarbij kleurschifting plaatsvindt. De lichtstraal reflecteert tegen de binnenzijde van de druppel (hier éénmaal, bij R) en treedt bij uit weer naar buiten, waarbij hij weer gebroken wordt. Deze straal bereikt de waarnemer onder een hoek van 42° ten opzichte van de inkomende zonnestraal. Er vinden meerdere inwendige reflecties plaats, die kunnen leiden tot een of meer bijregenbogen.
Afhankelijk van het aantal inwendige reflecties vormt zich een boog ergens aan de hemel. Deze heeft altijd de lichtbron als middelpunt. De bogen worden, al naar gelang het aantal reflecties in de waterdruppels, eerste of meerdere orde regenboog genoemd. In theorie zijn zo oneindig veel regenbogen mogelijk, maar normaliter zien we er maar twee: de bekende hoofdregenboog ('eerste orde regenboog') en de 'bijboog' ('tweede orde regenboog'). Maar er zijn waarnemingen bekend van de derde, vierde en zelfs vijfde orde regenboog. Omdat bij iedere extra inwendige reflectie veel lichtverlies optreedt zijn deze altijd maar heel zwak.
Band van Alexander
Om de eerste en tweede orde regenboog te zien (de 'hoofdboog' en de 'bijboog') moet je met de rug naar de zon gekeerd staan. Zij verschijnen aan de hemel tegenover de zon. De straal van de hoofdregenboog is 138 graden, gerekend vanaf de zon. Dat is dus 42 graden vanaf het tegenpunt van de zon. Deze boog verdwijnt onder de horizon als de zon hoger aan de hemel komt dan 42 graden.
Afbeelding 3
a -- Regenboog bij hoge zonnestand, teweeggebracht met een plantensproeier.
Door de hoge zonnestand ('s zomers midden overdag) staat de regenboog navenant diep onder de horizon.
b -- Regenboog in de waternevel van een fontein.
De bijregenboog heeft een straal van 129 graden vanaf de zon, dat is dus 51 graden rond het tegenpunt van de zon. Er is ook uittredend licht uit waterdruppeltjes verder van de zon af, waardoor de hemel binnen de hoofdregenboog er lichter uitziet. Evenzo geldt dat bij de bijregenboog voor de hemel dichterbij de zon, waardoor de hemel buiten de bijregenboog er soms iets lichter uit kan zien. Uit het gebied tussen de eerste en tweede regenboog komt dus geen extra licht, en die zone tekent zich dan ook (soms opvallend) donker af. Die donkere zone tussen beide regenbogen wordt wel band van Alexander genoemd, naar de Griekse filosoof Alexander van Aphrodisias (eind 2de, begin 3de eeuw) die dit effect voor zover bekend voor het eerst beschreef.
Overtallige bogen
Bij een heldere regenboog staan aan de holle binnenzijde soms een of zelfs een paar smalle kleurenbandjes van aflopende helderheid. De kleuren herhalen zich per bandje, purperrood-groen-purperrood-groen… Deze 'binnenboogjes' worden overtallige bogen genoemd. Meld in een waarnemingsverslag altijd het maximaal aantal overtallige bogen dat je hebt gezien. Het zullen er maar zelden meer dan drie zijn. De boogjes vormen zich door effecten van buiging en interferentie bij het uittreden van lichtstralen uit de waterdruppels nabij de regenboog. In zeldzame gevallen zijn overtallige bogen ook gezien aan de buitenzijde van de bijregenboog.
Derde en vierde orde regenbogen
Zeer bijzonder, maar niet onmogelijk is het zien van de derde en vierde orde regenbogen. Deze staan aan de hemel tegenover het tegenpunt van de zon, dat wil dus zeggen: aan de zonzijde van de hemel! Om die eventueel te kunnen zien moet het dus (ook) in de richting van de zon hard regenen terwijl de zon fel schijnt. Strooilicht van de zon zal de waarneming zeer bemoeilijken, en in de meeste gevallen werd het verschijnsel alleen fotografisch geconstateerd. Het is derhalve aan te bevelen om in de juiste richting foto's te maken indien deze omstandigheid zich voordoet. Deze bogen staan op circa 45 graden afstand van de zon. Hoe donkerder de hemelachtergrond, hoe groter de kans om deze bogen te traceren.
Afbeelding 4
| a -- | Allsky-simulatie van de regenboog en meerdere orden bijregenbogen. De gewone regenboog is die van de eerste orde (1), de gewone bijregenboog van de tweede orde (2). De derde (3) en vierde (4) orde regenbogen moeten in de richting van de zon worden gezocht, de vijfde (5) en zesde (6) weer tegenover de zon. Hoe hogere orde regenboog, hoe lichtzwakker hij is (naar Les Cowley, Atmospheric Optics) |
| b -- | Weergave van de plaats van de eerste tot en met twintigste orde regenbogen en hun plaats aan de hemel ten opzichte van de zon. De zon staat links. Vergelijk met a. |
| c -- | Panoramische opname (bestaande uit twee beelden) van de eerste tot en met vierde orde regenbogen. De eerste en tweede orde (de gewone regenboog met bijregenboog, 1 en 2) staan links, tegenover de zon, en de derde en vierde orde regenbogen (3 en 4) staan rechts, op ongeveer 45° afstand van de zon. De opname is zodanig bewerkt dat de zeer zwakke kleurverschijnselen versterkt zijn weergegeven. |
Spiegelbeeld
Niet alleen bij de zon, maar ook bij andere lichtbronnen kan de regenboog tevoorschijn komen. In gebieden met weinig lichtvervuiling wordt wel eens een regenboog bij maanlicht (maanregenboog) gezien. Een bijzondere variant kan verschijnen als niet alleen de zon, maar ook het spiegelbeeld van de zon als lichtbron meespeelt. Dat kan het geval zijn bij grotere wateroppervlakken. Dan zijn er twee lichtbronnen die elk hun eigen regenboog teweegbrengen. De zon die de gewone regenboog vormt, en het spiegelbeeld van de zon dat de regenboog bij gespiegelde zon veroorzaakt. Van deze laatste zijn meestal maar stukjes te zien, al naar gelang de grootte en de rust van het spiegelende wateroppervlak. Waarnemers in de buurt van grotere wateroppervlakken moeten altijd op dit verschijnsel bedacht zijn.
Afbeelding 5
Opname waarop na bewerking de vijfde orde regenboog (5) was te traceren, tussen de hoofdregenboog (1) en bijregenboog (2).
a -- de natuurlijke opname
b -- de bewerkte versie waarin het zwakke verschijnsel is te zien.
Gemaakt door H. Edens.
Afbeelding 6
Regenbogen bij gespiegelde zon.
a -- In een waternevel uit een plantensproeier, opgenomen naast een vijver met stilstaand water.
Hier is het bovenste deel van de boog bij gespiegelde zon te zien.
b -- In een natuurlijk verschijnsel. Hier is van de boog bij gespiegelde zon vooral het gedeelte nabij de horizon
te zien.
Auteur: Peter Paul Hattinga Verschure
Zie ook:
Website Atmospheric Optics