Kako nastaje duga?

Onaj ko dođe do mesta gde nastaje duga, biće bogat, jer će ga tamo sačekati ću sa blagom. Koliko Vas je u ovu izjavu poverovalo kada ste bili mali? Da li je to samo još jedan mit ili postoji i neka istina u svemu tome?

Odgovor je kratak i jasan – mit! Duga je zapravo ništa više do optička iluzija nastala nakon kiše. Kako? Pogledajmo.

Nakon što kiša prestane da pada, vlažnost vazduha je još uvek izuzetno visoka zbog visoke koncentracije kišnih kapi u atmosferi.

Sa druge strane, fizičari su pre nekoliko decenija otkrili da su zraci Sunca zapravo sačinjeni od spektra boja, odnosno infracrvene i ultraljubičaste svetlosti, od kojih svaka ima svoju talasnu dužinu.

Kada mi pogledamo u Sunce, mi vidimo belu svetlost. Ipak, kada se ova bela svetlost razloži, ispostavlja se da u njoj ima mnogo više od samo 1, bele, boje.

Najjednostavnije rečeno, kada se u atmosferi nađe veliki broj kišnih kapljica i kada zraci Sunca padnu pod odgovarajućim uglom, oni se prelamaju unutar kapljica kiše i boje unutar bele svetlosti se razlažu i prelamaju opet pri izlasku, te se raspršuju u širokom opsegu uglova, zbog čega ih možemo svaku ponaosob lakše razlikovati na nebu. Ova pojava se u fizici naziva disperzija i može se čak i veštački izazvati.

Na primer, ukoliko uzmete optičku prizmu i postavite je od adekvatnim uglom u odnosu na svetlost ili ukoliko pod određenim uglom postavite i staklenu posudu sa vodom.

Osim ovih primera, duga se često javlja i na mestima gde ima visoke koncentracije kapi vode u atmosferi koje nisu dospele u istu nakon kiše. To su, na primer, fontane, vodoskoci ili vodopadi. Pored toga, ovaj fenomen je razlog zašto često, na betonu, možete videti i razlivene različite boje u plitkim i čistim barama.

Da zaključimo, duga je fizički i meteorološki fenomen tokom kog možemo videti ceo spektar 7 boja od kojih je sačinjena Sunčeva svetlost, a to su redom: ljubičasta, indigo, plava, zelena, žuta, narandžasta i crvena. Ono što takođe znamo iz iskustva jeste da se duga može jasno videti na nebu svega par sekundi, a može se ocrtavati i više desetina minuta.

Ali, pozabavimo se sada malo fizičkim zakonima koji dovode do pojave duge.

Dakle, da bi se duga stvorila, potrebno je da se zrak Sunca prelomi unutar kapljice kiše pod određenim uglom. Zraci sunca se inače prelamaju 2 puta: prvi put na površini kapljice, nakon čega se odbija u njenoj unutrašnjosti, a zatim se još jednom prelama pri izlasku iz nje. Ipak, da bismo videli dugu na nebu, potrebno je da ugao prelamanja svetlosti unutar kapljice kiše bude do 42°.

Takođe, od ugla prelamanja zavisi i koja će se boja prikazati na nebu. Na primer, ljubičasta boja se odbija pod najvećim uglom, zbog čega se ona nalazi sa unutrašnje strane luka. Kako se ugao smanjuje, tako se i boje smenjuju, sve dok ne dođe do prelamanja svetlosnih zraka po najmanjim uglom, kada će se na nebu prikazati crvena boja sa spoljašnje strane luka.

Inače, zbog toga što se duga javlja samo ako se zraci odbijaju pod ovim uglovima, ona se nikada ne može javiti u podne.

Za sada smo zaključilo da se duga pojavljuje zbog prelamanja svetlosnih zraka pod uglom većim od 42° kroz kapljice vode, kao i da u tom procesu dolazi do prelamanja svetlosti 2 puta. Ipak, ovo sada otvara novu dilemu: Svi znamo da je jedan deo atmosfere sastavljen od kapljica vode, te da je vazduh uvek jednim delom vlažan zahvaljujući tome. Sada ostaje nerazjašnjeno pitanje: zašto onda ne vidimo dugu svaki put kada Sunce izađe, već samo nakon većih pljuskova?

Odgovor na ovo pitanje leži u fenomenu zvanom samoorganizovana kritičnost, odnosno self – organized criticality. Ovaj fenomen se javlja u fizici kod svih sistema koji poseduju kritičnu tačku. Kada se radi o uslovima za nastajanje duge, glavni faktor, važniji i od ugla i bilo čega drugog, je kritična tačka kapljica, odnosno određena količina kapljica koja mora da se nalazi u atmosferi kako bi došlo do pojave duge.

Ovo znači da veliku ulogu u procesu nastajanja duge ima baš vlažnost vazduha. Osim samog nastajanja duge, od koncentracije kapi u atmosferi zavisi i koliko će se duga jasno videti. Tačnije, ukoliko je koncentracija kišnih kapi u atmosferi visoka, duga će imati jarke boje i trajaće duže. Ukoliko u atmosferi ima tek dovoljno kišnih kapi da se duga pojavi, ona će biti providna i neće trajati duže od 1 minuta, ako i toliko.

Do sada smo pričali o fizici duge, ali došlo je vreme da se pozabavimo i nekim fenomenima, o kojima malo ko zna.

2 duge

U delovima sveta u kojima ne postoji tolika zagađenost vazduha, neretko se dešava da se na nebu posle kiše pojave 2 duge. Ovaj fenomen se javlja zbog pojave dvostrukog odbijanje Sunčevih zraka unutar kišnih kapi.

Zbog ovakvog odbijanja svetlosti pod duplim, odnosno, drugim uglom, boje na drugoj dugi će biti obrnuto raspoređene, to jest, od crvene boje, sa unutrašnje strane luka, do plave, sa spoljašnje i ova druga duga će biti znatno svetlija od prve.

Monohromatske duge

Jednobojne ili monohromatske duge se javljaju  nakon pljuskova u zoru ili sumrak. U ovo vreme su svetlosni zraci, odnosno talasne dužine, već prelomljeni pod izuzetno velikim uglom u atmosferi, zbog čega taj deo zraka uopšte ne može lepo prodreti i prelomiti se unutar kišnih kapi. Kao rezultat toga, na nebu ćemo videti dugu čiji luk ima samo 1 boju.

Noćne duge

Ovo je fenomen koji je zaista uvidelo svega par ljudi koji nisu znali ranije da postoji. Sada, kako mi možemo videti dugu, ukoliko se Sunce u potpunosti povuklo? Lako!

Sunce i dalje sija u vasioni, bez obzira na to što ga mi ne vidimo. Iako ne obasjava polovinu Zemljine kugle na kojoj se trenutno nalazimo, ono i dalje sija i njegovi zraci se odbijaju od Zemljinog prirodnog satelita, Meseca. Kada padne kiša i atmosfera se napuni kapljicama kiše, Sunčevi zraci koji se odbijaju od Meseca i padaju dalje na Zemljinu površinu, se prelamaju opet unutar kapljica kiše i odbijaju, stvarajući dugu na nebu, koja nije vidljiva golim okom, jer naši receptori nisu toliko razvijeni da bi primetili.

Ipak, ovaj fenomen se lako može videti ukoliko slikate nebo nakon pljuska aparatom koji ima jak blic.