Dabā
Tehnika

Brīnumainā varavīksne: ko mēs zinām par krāsaino Saules ceļu? 0

Foto: shutterstock.com

“Vikipedia” pauž, ka varavīksne ir “optiska un meteoroloģiska atmosfēras parādība, ko novēro tad, kad Saule izgaismo neizmērojami lielu daudzumu ūdens lāsīšu”. Varavīksne izskatās kā daudzkrāsains loks vai dažkārt aplis, ko veido krāsu spektrs: no ārējās malas virzienā uz iekšējo – sarkanā, oranžā, dzeltenā, zaļā, zilā, zilganā (indigo), violetā. Tās ir septiņas pamatkrāsas (tiesa, dažādām tautām šeit ir atšķirīgi pieņēmumi), kuras saista tieši ar varavīksni, taču patiesībā spektrs ir nepārtraukts, tā krāsas viena otrā pāriet plūdeni, veidojot dažādus starptoņus, raksta žurnāls “Planētas Noslēpumi”.

Varavīksnes iezīmētā loka centrs atrodas uz taisnes, kas ved no novērotāja uz Sauli, turklāt varavīksnes (atšķirībā no halo) novērošanas laikā Saule vienmēr atrodas aiz novērotāja muguras, tāpēc vienlaikus novērot gan varavīksni, gan Sauli, neizmantojot īpašus optiskos instrumentus, nav iespējams. Novērotājam uz zemes varavīksne parasti izskatās kā loks, apaļa daļa un – jo augstāks ir novērošanas punkts, jo tā ir pilnīgāka. Piemēram, no augsta kalna vai lidmašīnas var novērot tās pilnu apli. Kad Saule virs apvāršņa paceļas vairāk par 42 grādiem, no zemes virsmas varavīksne nav skatāma.


Varavīksnes pētīšanas vēsture

Pirmais, kurš formulēja iespējami precīzāku šā noslēpumainā fenomena skaidrojumu, bija persiešu astronoms Kutubs ad – Dīns aš-Širazī (1236-1311) vai viņa skolnieks Kamals ad-Dīns al-Farisī (1260-1320). Tikai mazliet vēlāk analoģisku varavīksnes skaidrojumu piedāvājis arī vācu zinātnieks Freiburgas Dīters. Vispārēju varavīksnes fizisko ainu 1611. gadā aprakstīja Marks Antonijs de Domininss. Veicot virkni zinātnisku novērojumu, viņš secināja, ka varavīksne rodas kā atstarojums no lietus lāses iekšējās virsmas divkārtēja lūzuma rezultātā – gaismai ieejot un izejot no tās.

Pilnīgāku skaidrojumu 1635. gadā sava sacerējuma “Meteori” nodaļā “Par varavīksni” formulēja Renē Dekarts. Viņš precīzi formulēja tā dēvētās otrējās varavīksnes veidošanas mehānismu. Savukārt Īzaks Ņūtons traktātā “Optika” Dekarta un de Dominsa teoriju papildināja ar skaidrojumu par varavīksnes krāsu rašanos un pirmās un otrās pakāpes varavīkšņu pretējas kārtības krāsu izvietojumu. Ņūtons arī pirmais noteica varavīksnē septiņas pamatkrāsas. Tiesa, Ņūtona paša angļu tautas tradīcijās allaž bijušas tikai sešas varavīksnes krāsas, un arī tās ne gluži sakrīt ar viņa “izvēli”.

Saules spektra sadalījumu atsevišķās krāsās sekmē tas, ka saules gaismā nepārtrauktajam spektram uzklāts diskrētais līnijspektrs, kas uzņem atsevišķus atomus saules atmosfēras ārējos slāņos, turklāt dažas no šīm uzņemšanas līnijām ir pietiekami intensīvas, lai kļūtu pamanāmas, proti, spēj radīt priekšstatu, ka saules spektru veido “atsevišķu krāsu” svītras. Iespējams, šis Ņūtona iedibinātais tradicionālais saules spektra dalījums septiņās pamatkrāsās ir krietni vien mākslīgs, taču vienlaikus, kopā ar virkni citu psiholoģisko mehānismu, šāds sadalījums tomēr ir visnotaļ atbilstošs realitātei.


Varavīksnes fizika

Itin nemaz nav tik viegli izprotams varavīksnes mūsdienu zinātnes skaidrojums. Tā rodas no tā, ka saules gaisma lūzt un atstarojas atmosfērā esošajās ūdens lāsēs. Šīs lāses dažādi atstaro dažādu krāsu gaismu. Garāku viļņu krāsu lūšana ūdenī ir mazāka nekā īsāku viļņu krāsām, tāpēc visvājākā novirze ir sarkanajai krāsai, bet visspēcīgākā – violetajai. Tā rezultātā baltā gaisma sadalās spektrā. Novērotājs, kurš atrodas ar muguru pret gaismas gaismas avotu, redz daudzkrāsainu starojumu, kas no izplatījuma nāk koncentriskos lokos.

Faktiski varavīksne ir kaustika, kas veidojas plakani paralēla gaismas kūlīša ūdens lāses iekšienē lūšanas un atspoguļošanās rezultātā, to pārvēršot sfēriskā pilē. Atstarotajai gaismai noteiktā tās avota, lāses un novērotāja veidotā leņķī piemīt maksimāla intensitāte. Šis maksimums ir visnotaļ “ass”, proti, liela daļa gaismas iziet no lāses sagriezusies praktiski vienā un tajā pašā leņķī.

Leņķis, kurā no lāses iziet tās atstarotais un lauztais stars, atkarīgs no attāluma, ko veido sākotnējais stars un tam paralēlā ass, kas iet cauri lāses centram. Šī saistība ir visnotaļ vienkārša un nav grūti precīzi izskaitļot. Tāpēc visvairāk gaismas lāse salauž staru tieši šajā un tam pietuvinātajos leņķos. Šajā leņķī tad arī rodas maksimālā spožuma atstarojums – lūzums, kas veido varavīksni – dažādu lāšu spožie stari novērotāja acī veido konusu ar virsotni un asi, kas iet cauri novērotāju un Sauli.

Vienam atspoguļojumam lāses iekšienē tādam leņķim ir viena nozīme, citiem – cita. Tādā veidā rodas pirmatnējā, otrējā un visas nākamo pakāpju varavīksnes. Pirmatnējā ir visspožākā, tā no lāses aiznes prom lielāko daļu gaismas. Visbiežāk izdodas novērot tieši šīs pirmatnējās varavīksnes. Tālāku pakāpju varavīksnes parasti nemaz neizdodas novērot, jo tās ir ļoti blāvas.

Dažkārt ir iespējams ap pirmo varavīksni novērot vēl vienu – mazāk spožu varavīksni. Tā ir tā dēvētā otrējā varavīksne, ko veido lāsēs divas reizes atstarota gaisma. Otrējā varavīksnē ir apgriezts krāsu izkārtojums – ārpusē atrodas sarkanā krāsa, bet iekšpusē – violetā. Debesis starp abām varavīksnēm parasti ir krietni vien tumšākas, un šo apgabalu dēvē par Aleksandra joslu.

Savukārt jau trešās pakāpes varavīksnes dabiskos apstākļos veidojas ārkārtīgi reti. Pēdējo 250 gadu laikā bijuši tikai pieci zinātniski ziņojumi par šādiem fenomeniem. Vēl jo pārsteidzošāks tāpēc bija 2011. gadā izskanējušais ziņojums par to, ka izdevies ne tikai novērot, bet arī nofotografēt jau ceturtās pakāpes varavīksni. Zinātnieku laboratorijās gan izdodas radīt arī krietni vien augstāku pakāpju varavīksnes. Piemēram, 1998. gadā pausts, ka, izmantojot lāzera starojumu, pētniekiem izdevies izveidot pat divsimtās pakāpes varavīksni.


Parādības, kuras jauc ar varavīksni

Noteiktos apstākļos ir iespējams novērot dubultu, apgrieztu vai, kā jau minēts, arī apļveida varavīksni. Lai gan patiesībā tā ir cita procesa izpausme – gaismas laušana atmosfērā izkliedēta ledus kristālos, un tas attiecināms uz halo.

Saistītie raksti

Lai debesīs parādītos apgriezta varavīksne (kas arī ir viens no halo paveidiem – tā dēvētais zenīta loks), nepieciešami ļoti specifiski laika apstākļi, kas parasti raksturīgi zemeslodes poliem. Apgrieztā varavīksne veidojas, pateicoties 7-9 tūkstošu metru augstumā esošā mākoņu plānā blīvuma ledus kristāliņiem cauri ejošās gaismas lūšanai. Tādā varavīksnē arī krāsas izveidojušās otrādi: violetā ir augšā, sarkanā – lejā.

Visbiežāk, protams, novērojama tradicionālā lokveida varavīksne, taču novērota arī virkne citu optisko fenomenu, kas rodas līdzīgu iemeslu rezultātā vai vismaz līdzīgi izskatās. Tādas ir, piemēram, miglas varavīksne, kas rodas miglas lāsēs, un ugunīgā varavīksne (kārtējais halo paveids), kas rodas spalvu mākoņos, un skaidrā mēness naktī var novērot arī Mēness varavīksni. Tā kā cilvēka acs receptori, kas darbojas vājā apgaismojumā, neuztver krāsas, Mēness varavīksne izskatās balta. Jo spožāka ir mēnessgaisma, jo “krāsaināka” ir naksnīgā varavīksne…

LA.lv