Dwie osoby stojące obok siebie nie widzą dokładnie tej samej tęczy
Tęcza nie jest kolorowym obiektem zawieszonym nad konkretnym polem. Każdy obserwator otrzymuje światło z tych kropel, które znajdują się pod odpowiednim kątem względem jego własnej osi Słońce–obserwator. Po przesunięciu głowy zestaw kropel tworzących obraz zmienia się.
Tęcza jest relacją geometryczną
Aby konkretna kropla wysłała do oka czerwone światło tęczy głównej, musi znaleźć się w odpowiednim kierunku względem Słońca i obserwatora. Osoba stojąca metr obok ma inne oko w przestrzeni, więc warunek spełniają inne krople. Przy deszczu poruszającym się w powietrzu same krople dodatkowo nieustannie się wymieniają.
Dlaczego nie da się dojść do końca tęczy
Jeśli idziemy w stronę miejsca, w którym łuk pozornie dotyka ziemi, zmienia się punkt obserwacji. Stożek kierunków przesuwa się razem z nami i nowe krople przejmują rolę poprzednich. „Koniec” nie jest więc punktem geograficznym. To podobne do próby dojścia do miejsca, w którym perspektywicznie zbiegają się tory kolejowe.
Każdy ma własną tęczę
Dwie osoby mogą oczywiście opisać tę samą burzę i widzieć bardzo podobny łuk na tle tego samego krajobrazu. Fizycznie jednak fotony trafiające do ich oczu pochodzą z różnych dróg i zwykle z innych kropel. To szczególnie elegancki przykład zjawiska, którego istnienie jest nierozerwalnie związane z pozycją obserwatora.
Kropla nie jest małym obrazkiem tęczy
Pojedyncza kropla oświetlona Słońcem wysyła różne barwy w wiele kierunków. Obserwator widzi konkretny kolor z tych kropel, dla których geometria drogi światła spełnia odpowiedni warunek kątowy. Łuk powstaje dopiero z ogromnej populacji kropel rozłożonych w przestrzeni. To dlatego rysunek jednej kropli wyjaśnia mechanizm załamania i odbicia, ale nie wystarcza do zrozumienia przestrzennego kształtu całej tęczy.
Słońce nie jest idealnym punktem
Tarcza słoneczna ma skończony rozmiar kątowy, a krople mają różne rozmiary i nie są idealnym, nieruchomym układem. Te czynniki rozmywają idealne przewidywania geometryczne. Dodatkowo fale świetlne mogą interferować i tworzyć tzw. tęcze nadliczbowe — delikatne dodatkowe pasma przy głównym łuku. Pełny obraz tęczy łączy więc optykę geometryczną z falową.
Dlaczego tęcza jest dobrym laboratorium
Do doświadczenia nie potrzeba specjalistycznej aparatury: Słońce jest źródłem, krople deszczu elementami optycznymi, a oko detektorem. Jednocześnie z obrazu można odczytać kąty, kolejność barw, liczbę wewnętrznych odbić i rozkład jasności. To rzadki przypadek, gdy zjawisko o skali kilometrów można wyjaśniać tymi samymi prawami, które testuje się na pojedynczej kropli w laboratorium.
Dlaczego zdjęcie nie jest dokładnie tym samym co widok oka
Aparat rejestruje określony zakres widma i ma własną charakterystykę barwną, ekspozycję oraz obróbkę obrazu. Tęcza na zdjęciu może więc mieć inne nasycenie niż obserwowana bezpośrednio. Filtr polaryzacyjny może dodatkowo zmienić kontrast łuku względem nieba, ponieważ światło tęczy jest częściowo spolaryzowane. Fotografia jest świetnym narzędziem dokumentacji, ale również kolejnym układem optycznym pomiędzy zjawiskiem i gotowym obrazem.
Co warto zapamiętać podczas następnej tęczy
Najbardziej pouczające jest potraktowanie tęczy nie jak kolorowego obiektu, lecz jak mapę kierunków. Zwróć uwagę na położenie Słońca za plecami, środek łuku po stronie przeciwnej, jasność nieba wewnątrz i na zewnątrz oraz ewentualny drugi łuk. Każdy z tych elementów ma konkretną przyczynę w drodze światła przez krople. Jedno spojrzenie może więc ujawnić kilka różnych przewidywań tego samego modelu optycznego.