Visos vaivo- rykštės spalvos - Vilniaus universitetas

juostà. Na, o debesyse vandens laðeliøskersmuo yra toks maþas, kad jokia vaivorykðtëjuose susidaryti negali. Retais atvejaisdebesyse gali bûti matomi vadinamiejidebesø kontrasto lankai (angl. cloudcontrast bows) – blyðkios rûko vaivorykðtësatitikmuo.Vaivorykðtës spalvos ir ðviesossklaidaDaþnai þavimasi vaivorykðtës spalvøsodrumu ir grynumu, taèiau, remiantismoksliniu spalvø apibrëþimu, vargu ar vaivorykðtësspalvas galima bûtø pavadintigrynosiomis. Ið tiesø kiekviename vaivorykðtëstaðke matome tam tikrà spalvø miðiná,kurá sudaro tiek paèios vaivorykðtësspalvos, tiek ir pakeliui iðsklaidyta bei atspindëtaSaulës ðviesa. Be kita ko, Saulësspinduliø pluoðtas nëra visiðkai lygiagretusdël Saulës disko kampinio matmens,kas irgi savo ruoþtu sàlygoja papildomàspalvø susimaiðymà. Spalvosgrynumà galima apibrëþti kaip jos monochromatiðkumà,t.y. grynàsias spalvassudaro tik labai siauras ðviesos daþniø(ar bangos ilgiø) spektras. Þmogaus akisgeba puikiai skirti grynàsias spalvas – águdusiakis gali nesunkiai pastebëti net keletonanometrø bangos ilgio grynøjø spalvø,kurias spinduliuoja lazeriniai ðviesosðaltiniai, pokyèius. Taèiau gamtoje grynosiosspalvos neegzistuoja, o pagrindinismûsø ðviesos ir gyvybës ðaltinis – Saulë– spinduliuoja visø bangos ilgiø regimàjàðviesà, kurià mûsø akis mato kaip baltà.Taèiau vaivorykðtës spalvos, nors ir nëragrynosios (monochromatinës) siauràjaprasme, yra vienos gryniausiø, kokias tikgalima pamatyti gamtoje. Spalvos grynumusu vaivorykðte gali lygintis tik besileidþiantiraudona Saulë, esant didelei atmosferossklaidai.Vaivorykðtës spalvø gamà sudaro netik akiai matoma ðviesa. Naudojant prietaisus,vaivorykðtës lanke galima uþregistruotiir akiai nematomas – ultravioletinæbei infraraudonàjà spalvas. Jø abiejøintensyvumas yra kur kas maþesnisnei regimojo spektro spalvø, taèiau toprieþastys yra labai skirtingos. Infraraudonojiðviesa yra stipriai slopinama vandenyjedël sugerties, tuo tarpu ultravioletinæðviesà smarkiai sklaido atmosfera,nors vanduo ðioje spektro srityje kaiptik yra skaidriausias.Paþvelgus atidþiau, galima pastebëti,kad net ir paties spalvingiausio vaivorykðtëslanko ryðkumas nëra vienodas. Apatinë(esanti prie horizonto) vaivorykðtëslanko dalis paprastai yra kur kas ryðkesnënei virðutinë. Ðis efektas yra tuo þenklesnis,kuo þemiau yra Saulë, t.y. kuodidesnë vaivorykðtës lanko dalis pakilusivirð horizonto. Nevienodà vaivorykðtëslanko ryðkumà sàlygoja dvi prieþastys. Visøpirma dël vandens laðo susiplojimoapatinæ vaivorykðtës lanko dalá formuojasantykinai didesni, o virðutinæ – maþesnivandens laðai. Yra nustatytas ádomus faktas:jei vandens laðai bûtø iðtásæ vertikaliai(kaip kad kabantys laðai, prieð pat atitrûkdaminuo pavirðiaus), virðutinë vaivorykðtëslanko dalis bûtø kur kas ryðkesnënei apatinë. Antra, regimasis vaivorykðtësryðkumas smarkiai priklauso nuo foniniodangaus apðviestumo. Kuo tamsesnisdangaus fonas, tuo ryðkesnës ir kontrastingesnësmums atrodys vaivorykðtësspalvos. Lietaus debesys paprastai yratamsiausi ties horizontu, tad minëtos vaivorykðtëslanko ryðkumo variacijos labiausiaipasireiðkia tolimo lietaus vaivorykðtëse.Ádomu ir tai, kad labai stiprûselektriniai laukai, kuriø stipris formuojantisaudros debesims gali siekti net iki 40kV/m, bei akustinës griaustinio bangossàlygoja trumpalaikes vaivorykðtës lankospalvø ryðkumo variacijas, kurias sukeliavandens laðø ásielektrinimas ir smûginësgarso bangos.Dël daugkartinës ðviesos sklaidosapatinë vaivorykðtës lanko dalis yra netik daug ryðkesnë, bet ir raudonesnë. Kaipþinia, mëlyna ir violetinë spalvos yra stipriaisklaidomos atmosferoje (dël to dangusyra mëlynas). Kuo didesnis bus atstumas,kurá Saulës ðviesa turës nukeliautiiki lietaus laðo ir gráþti iki stebëtojo, tuomaþiau violetinës ir mëlynos spalvos pasieksstebëtojo aká. Saulei esant prie pathorizonto, jos ðviesai reikia prasiskverbtipro storà atmosferos stulpà, dël to nuraustatiek pati Saulë, tiek ir vaivorykðtë(6 pav.). Kai ðviesos sklaida atmosferojeyra labai stipri (pvz., dël dulkiø ar oro tarðos),vaivorykðtëje jokiø kitø spalvø, iðskyrusraudonà, nebelieka.Á vaivorykðtës spalvø, jø ðviesumo,grynumo ir kontrasto variacijas dëmesysatkreiptas palyginti neseniai. Iki tol vaivorykðtëbuvo nagrinëjama kaip reiðkinys,susidarantis kaþkur uþ Þemës atmosferosribø ar vakuume. Taèiau akivaizdu,kad vandens laðø aerodinaminës savybës,lietaus stulpo optinis tankis, atmosferosskaidrumas, apðvietimo sàlygos lemia,kad vaivorykðtë kiekvienà kartà atrodovis kitaip – ji nuolat keièiasi ir alsuoja,nesiliaudama þavëti visus, kam tik pavykstajà pamatyti. Iki ðiol tebelikæ ir daugmokslinio þavesio: modernûs vaivorykðtësskaitmeninio modeliavimo iððûkiai siejamisu realios vaivorykðtës susidarymuesant natûralioms gamtinëms sàlygoms,áskaitant visus minëtus efektus.Ðiuolaikinis optiniø atmosferos reiðkiniømodeliavimas daþnai remiasi matematiðkaikur kas sudëtingesne Mie ðviesossklaidos teorija, kuri dël savo universalumo,kaip sakoma, tinka visiems gyvenimoatvejams. Matematinius ðios teorijospagrindus 1908 m. padëjo vokieèiøfizikas G.Mie, taèiau, kaip daþnai nutinkamoksle, jo teorija iðkart nesulaukëdidelio pripaþinimo. Galbût tai ávyko dëlto, kad Mie sklaidos teorija iš pradþiø buvosukurta labai specifiniam uþdaviniuispræsti – norint paaiðkinti elektromagnetiniøbangø sklaidà koloidiniuose tirpaluose.Ði teorija nebuvo matematiðkai grakðti,veikiau griozdiðka ir sudëtinga, o skaièiavimaireikalavo daug laiko. Sukûrus kompiuterius,susidomëjimas Mie sklaidos teorijaatgimë. Pamaþu ði teorija tapo galinguinstrumentu modeliuojant ir tyrinëjantvisus optinius atmosferos reiškinius,taip pat ir vaivorykðtæ. Mie sklaidos teorijospoþiûriu maþiausio ðviesos atlenkimokampai suprantami kaip efektyviausiosðviesos sklaidos kampai, kurie priklausotiek nuo ðviesos bangos ilgio, tiek ir nuovandens laðø optiniø bei fiziniø savybiø.Galima sakyti, kad Mie sklaidos teorija galutinaisudëliojo visus taðkus, o kalbantapie vaivorykðtæ, derëtø sakyti – visas spalvasá savo vietas. Nors Airy ir Mie vaivorykðtësteorijø rezultatai plaèiàja prasmeyra beveik identiðki, taèiau Mie sklaidosteorijos privalumas yra tas, kad ji leidþiatiksliai atkurti bei modeliuoti ir aplinkos, kuriojevaivorykðtë susidaro, sàlygas.Mokslinë informacija, kurià suteikiavaivorykðtës stebëjimai paèiomis ávairiausiomissàlygomis, aktuali ir ðiandien. Aiðku,èia jau nekalbame apie vaivorykðtes,susidaranèias Saulës ðviesoje. Vaivorykðteisukurti yra naudojami lazeriniai siaurospektro (vieno bangos ilgio ar, kitaip tariant,monochromatiniai) ðviesos ðaltiniai.„Vienspalviø“ lazeriniø vaivorykðèiø stebëjimaileidþia dideliu tikslumu nustatytilietaus laðø dydá bei jo pasiskirstymà, laðøkritimo greitá, formà bei jos iðkraipymus,lûþio rodiklá ir temperatûrà. Visi ðieparametrai yra svarbûs modeliuojant meteorologiniusreiðkinius. Vadinamoji vaivorykðtëstermometrija ir refraktometrijataikoma ávairiø skysèiø ir dujø kondensacijosprocesams charakterizuoti, skysèiøpavirðiaus átempimams bei skysèiø miðiniamsidentifikuoti nuotoliniu bûdu. Ádomupastebëti, kad vaivorykðtës teorijoskûrimas iki ðiol nëra baigtas. Matematikaivisai neseniai sukûrë kompleksiniøkampiniø momentø teorijà ir paþvelgë ávaivorykðtæ ðviesos kvantø – fotonø lygmeniu.Vaivorykðtës modeliai, kurie matematiðkairemiasi sudëtinga kampiniømomentø teorija, plaèiai taikomi atomo,branduolio ir elementariøjø daleliø fizikoje,tiriant elektringøjø daleliø pluoðtø sklidimoir sklaidos ypatumus.40 Mokslas ir gyvenimas 2009 Nr. 2