Un arco iris se forma en muchos lugares del cielo. Sin embargo, la mayoría de los lugares tienen los colores mezclados. Es solo en los bordes que se separan.
Cuando el sol poniente forma un arco iris, el arco iris se ve rojo porque el sol mismo lo hace. Obtenemos algo como esto:
Lo que notas es que hay una banda roja en el borde, pero el interior sigue siendo rosado en comparación con el exterior. Este arcoíris rojo es en realidad un círculo rojo, y el borde exterior es más brillante que el resto.
Si solo tuviéramos luz azul, sería básicamente lo mismo. Habría un círculo azul con un borde azul brillante.
La única diferencia entre los escenarios rojo y azul es que el arco iris azul es un poco más pequeño. Encaja justo dentro del arco iris rojo. Sus centros se superponen, pero los bordes brillantes caen uno al lado del otro.
Cuando agregamos los otros colores, nuevamente todos los centros se superponen y todas las llantas terminan una al lado de la otra con una pequeña superposición, pero no mucho. El resultado es que el centro de un arco iris tiene todos los colores que provienen de él. Por lo tanto, el centro se ve brillante en comparación con el exterior. Justo en el borde, las llantas de diferentes tamaños se alinean y obtenemos los colores característicos.
Observe cómo el interior del arco iris es mucho más brillante que el exterior.
He aquí por qué ocurre esto. Imaginamos una gota de agua esférica en el cielo. Un rayo de luz entra del sol y lo golpea.
La luz entra en la gota de lluvia, doblándose cuando lo hace. Esta flexión se llama refracción. La luz rebota en la parte posterior, luego se refracta nuevamente cuando se va.
No toda la luz hace esto. Algunos rebotan en la caída justo cuando golpea. Algunos pasan por la espalda. Algunos rebotes dentro de una segunda vez (esto forma un arcoíris doble). El camino que hemos ilustrado es el más relevante.
La imagen ha sido construida geométricamente con precisión para un índice de refracción de 1.33. Vemos que la luz saliente forma un ángulo de aproximadamente 41 grados con la luz entrante del sol.
Sin embargo, eso es solo un rayo de luz. La luz entra y golpea la gota en toda la gota, no solo en ese punto D. Aquí hay una imagen que muestra muchos rayos entrantes en la parte superior y sus contrapartes salientes en la parte inferior, nuevamente construidos con precisión.
La luz sale en todos los ángulos, pero justo en la parte inferior hay mucha luz agrupada. ¿Qué significa eso para ti, mirando hacia el cielo?
Aquí está Usain Bolt mirando algunas gotas de lluvia esféricas. El sol está bastante bajo en el horizonte, a la izquierda de la imagen. La luz de la caída superior no alcanza los ojos de Bolt. No ve luz amarilla tan alta. La segunda gota envía luz directamente a sus ojos. Esta luz está en el ángulo de refracción máximo de la imagen anterior. Como los rayos se agrupan alrededor del ángulo máximo, él ve una luz amarilla brillante de esta caída. La tercera y cuarta gotas tienen Bolt dentro del cono de su luz. Esta es la luz saliente espaciada de la imagen de arriba. Él ve una tenue luz amarilla de estas gotas. En lo que respecta a la luz amarilla, ve un círculo en el cielo, con una banda brillante en el ángulo de la segunda gota de lluvia desde la parte superior.
A continuación, esto es lo que hace la luz azul. Para hacer esta imagen, ejecuté el mismo código, pero cambié un poco el índice de refracción.
La luz azul se comporta casi igual que la luz amarilla, pero atraviesa un ángulo ligeramente más pequeño. Los dos colores están uno encima del otro la mayor parte del tiempo, pero justo en el borde donde se produce el agrupamiento, la luz azul y amarilla tienen ángulos diferentes. Así es como Bolt ve el azul (efecto exagerado esta vez)
Esta vez, con el ángulo de flexión más pequeño, la luz de las dos primeras gotas pierde a Bolt. El azul comienza en el tercer menú desplegable, por lo que el azul es más bajo en el cielo que el amarillo. La gota inferior da una tenue luz azul al igual que antes dio una tenue luz amarilla.
Cuando ponemos esto junto con todos los colores, hay una región entre aproximadamente 40 y 42 grados en el cielo donde vemos colores que van del azul (bajo en el cielo) al rojo (más alto en el cielo). Debajo de eso, todavía obtenemos luz, pero proviene de todos los colores mezclados, por lo que el interior del arco iris se ve brillante y blanquecino, mientras que el exterior se ve oscuro.
Debido a que toda esta discusión dependía solo del ángulo entre Bolt, la gota de lluvia y el sol, vemos el mismo color de luz en partes del cielo que forman el mismo ángulo. Todos los puntos en un ángulo dado en el cielo forman un círculo. Si ve un arco iris desde un avión o mira hacia abajo desde un acantilado, puede ver todo el círculo.
