Sateenkaari

Varmaankin kaikkein tutuin ilmakehän valoilmiöistä on sateenkaari, joka usein näkyy taivaalla kesäisen iltapäiväkuuron jälkeen. Sadun mukaan sateenkaaren päästä löytyy aarre, mutta kukaan ei ole koskaan päässyt sen luokse. Mahdotonta se onkin, sillä sateenkaari ei ole missään tietyssä paikassa, vaan vain tietyssä suunnassa havaitsijan ja Auringon suhteen. Kukin havaitsija näkee oman sateenkaarensa, joka liikkuu hänen mukanaan.

Sateenkaari näkyy aina vastakkaisessa suunnassa kuin Aurinko. Se on osa ympyrää, jonka keskipiste on Auringon ja havaitsijan kautta kulkevalla suoralla, siis havaitsijan oman pään varjon suunnassa. Sateenkaaren säde on 42°. Jos Auringon korkeus on suurempi kuin 42°, sateenkaaren pitäisi näkyä horisontin alapuolella. Tällaisessa suunnassa näkösäde osuu kuitenkin maahan jo lyhyen matkan päässä, eikä välillä yleensä ole riittävästi vesipisaroita, jotta ilmiö näkyisi. Siksi sateenkaari näkyy usein juuri aamu- tai iltapäivisin, jolloin Aurinko on riittävän matalalla. Talvella sen voi nähdä keskipäivälläkin, mutta silloin ilmassa oleva vesi ei yleensä ole vesipisaroina, vaan jääkiteinä. Lentokoneesta sateenkaari on mahdollista nähdä täydellisenä ympyränä.

Sateenkaari. Pääsateenkaaren ulkopuolella näkyy heikosti himmeämpi sivusateenkaari. Niiden välissä olevalta alueelta sironnutta valoa tulee vähemmän kuin ympäröivältä taivaalta. Tätä tummempaa aluetta kutsutaan Aleksanterin tummaksi vyöksi 200-luvulla eläneen filosofin Aleksander Afrodisiaslaisen mukaan.

Sateenkaaren ulkoreuna on punainen, sen sisäpuolella näkyy keltaista ja vihreää ja kaikkein sisimpänä violettia. Kaaren sisäpuolella voi joskus erottua himmeitä interferenssikaaria, jotka ovat vuorotellen vihreitä ja violetteja.

Sateenkaari syntyy valon sirotessa vesipisaroista. Sironta on hieman voimakkaampaa suuntaan, joka poikkeaa 42° valon tulosuunnasta. Tämä sironnut valo nähdään taustataivasta kirkkaampana sateenkaarena. Sateenkaari (kuvan varjostettu sektori) on 42°:n etäisyydellä havaitsijan pään varjosta.

Pääsateenkaaren ulkopuolella näkyy joskus vielä himmeämpi sivusateenkaari, jossa värit ovat päinvastaisessa järjestyksessä, punainen sisimpänä ja violetti uloimpana. Sivusateenkaaren säde on noin 51°. Pää- ja sivusateenkaaren väliin jäävä alue on muuta taivasta tummempi.

Sateenkaaren syntyyn tarvitaan vesipisaroita, mutta ei välttämättä sadetta. Sateenkaaren voi nähdä myös kastelulaitteen levittämissä tai vesiputouksesta roiskuvissa pisaroissa. Katso myös valo kulku vesipisarassa.

Auringon nousun ja laskun aikoihin Auringon valo on hyvin punaista. Samoin sateenkaaresta puuttuu silloin lyhytaaltoinen valo, ja näkyviin jää pelkkä punainen kaari.

Myös sumu koostuu vesipisaroista ja voi siten aiheuttaa sateenkaaren sopivassa valaistuksessa. Sumun pisarat ovat kuitenkin paljon pienempiä kuin sadepisarat. Kun pisaran läpimitta on vain muutamien valon aallonpituuksien luokkaa, geometrisen optiikan perusoletus ei enää ole voimassa, joten edellä esitetty malli sateenkaaren synnystä ei enää toimi. Tällaisessa sumusateenkaaressa eri värit heijastuvat suunnilleen samalla tavoin, ja tuloksena on lähes väritön kaari.