รุ้งกินน้ำ

รุ้งกินน้ำ เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นหลังจากฝนตก โดยเกิดขึ้นจากแสงแดดส่องผ่านละอองน้ำในอากาศ ทำให้แสงสีต่าง ๆ เกิดการหักเหขึ้น จึงเห็นเป็นแถบสีต่าง ๆ ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้า รุ้งปฐมภูมิจะประกอบด้วยสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง โดยมีสีม่วงอยู่ชั้นในสุดและสีแดงอยู่ชั้นนอกสุด ส่วนรุ้งทุติยภูมิจะมีสีเช่นเดียวกันแต่เรียงลำดับในทิศทางตรงกันข้าม

การมองเห็น

เราสามารถมองเห็นรุ้งกินน้ำได้เมื่อมีละอองน้ำในอากาศและมีแสงอาทิตย์ส่องมาจากด้านหลังของผู้สังเกตการณ์ในมุมที่สูงจากพื้นไม่มากนัก โดยส่วนใหญ่รุ้งกินน้ำจะปรากฏให้เห็นชัดเจนเมื่อท้องฟ้าส่วนมากค่อนข้างมืดครึ้มด้วยเมฆฝน ส่วนผู้สังเกตการณ์อยู่ในที่พื้นที่สว่างซึ่งมีแสงส่องจากดวงอาทิตย์ จะทำให้มองเห็นรุ้งกินน้ำพาดผ่านฉากหลังสีเข้ม
ปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำยังอาจพบเห็นได้ในบริเวณใกล้กับน้ำตกและน้ำพุ หรืออาจสร้างขึ้นเองได้โดยการพ่นละอองน้ำไปในอากาศกลางแสงแดด รุ้งกินน้ำยังอาจเกิดจากแสงอื่นนอกจากแสงอาทิตย์ ในคืนที่แสงจันทร์มีความสว่างมากๆ อาจทำให้เกิดรุ้งกินน้ำก็ได้ เรียกว่า moonbow แต่ภาพรุ้งที่เกิดขึ้นจะค่อนข้างจางมองเห็นได้ไม่ชัด และมักมองเห็นเป็นสีขาวมากกว่าจะเห็นเป็นเจ็ดสี
การถ่ายภาพวงโค้งสมบูรณ์ของรุ้งกินน้ำทำได้ยาก เพราะจำเป็นต้องกระทำในมุมมองประมาณ 84° ถ้าใช้กล้องถ่ายภาพแบบปกติ (35 mm) จะต้องใช้เลนส์ขนาดความยาว 19 mm หรือเลนส์ไวด์แองเกิลจึงจะใช้ได้ ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่บนเครื่องบิน อาจมีโอกาสมองเห็นรุ้งกินน้ำแบบเต็มวงได้ โดยมีเงาของเครื่องบินอยู่ที่ศูนย์กลางวง

กระบวนการเกิดรุ้งกินน้ำในธรรมชาติ เป็นอย่างนี้นะครับ

แสงเดินทางมาถึงหยดน้ำ
แสงเกิดการหักเห เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน (จากอากาศสู่น้ำ) โดยแสงสีน้ำเงินจะหักเหมากกว่าแสงสีแดง
แสงเกิดการสะท้อนภายในหยดน้ำ เนื่องจากผิวภายในของหยดน้ำ มีความโค้งและผิวคล้ายกระจก
แสงเกิดการหักเห จากภายในหยดน้ำผ่านสู่อากาศอีกครั้ง
เมื่อดูโดยรวม มุมสะท้อนของแสงสีแดง คือ 42 องศา ในขณะที่มุมสะท้อนของ แสงสีน้ำเงิน คือ 40 องศา

รุ้งมี 7 สี : ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด(ส้ม) แดง : รุ้งประกอบด้วยสีมากมายครับ ไล่เรียงตั้งแต่สีม่วงจนกระทั่งถึงสีแดง รุ้งเกิดจากแสงอาทิตย์ จึงมีสีครบเต็มสเปคตรัม (ดูรายละเอียดเรื่องพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าใน Electromagnetic Spectrum) แต่ที่บอกว่ามีเพียง 7 สี เพราะเราพูดถึงเฉพาะสีหลักๆ เท่านั้น ให้ท่องง่ายจำง่าย
รุ้งกินน้ำเกิดวงใหญ่หรือเล็กขึ้นกับอะไร ? : โค้งรุ้งกินน้ำจะมีขนาดใหญ่ เมื่อดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ขอบฟ้า เช่น ตอนเช้า หรือ ตอนเย็น
รุ้งกินน้ำทำไมมีสีออกแดงเวลาเย็น ? : ในตอนเช้าและเย็น แสงจากดวงอาทิตย์ต้องเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศเป็นระยะทางที่ยาวขึ้น แสงสีฟ้าและเขียวจะเกิดการกระเจิง (scattering) คงเหลือแต่แสงสีแดง และเหลือง เป็นส่วนมาก ทำให้รุ้งมีสีออกโทนแดง
รุ้งกินน้ำเกิดเต็มวงกลมได้หรือไม่ ? : โดยปกติ รุ้งกินน้ำไม่สามารถเกิดเต็มวงได้ เนื่องจากมีพื้นดินมาบังเอาไว้ อย่างไรก็ตาม หากพิจารณาจากข้อจำกัดในการเกิดรุ้งกินน้ำ เราอาจพูดได้ว่า เราสามารถเห็นรุ้งกินน้ำเต็มวงได้ หากอยู่บนเครื่องบิน ที่บินอยู่เหนือกลุ่มของละอองน้ำ หรือ ยืนอยู่บนยอดเขา มองลงไปในหุบเขาที่มีละอองน้ำ เป็นต้น

รุ้งกินน้ำเกิดในตำแหน่งใดบนท้องฟ้า ? : มุมระหว่างเส้นสายตากับรุ้งกินน้ำ (วงปฐมภูมิ) ที่ทำกับเส้นจากรุ้งกับดวงอาทิตย์ มีค่าเท่ากับ 42 องศา ทำให้รุ้งกินน้ำที่เกิดขึ้น เป็นวงโค้ง ไม่ใช่เส้นตรง หรือเส้นแบบอื่นๆ
เราเห็นรุ้งกินน้ำตัวเดียวกันเสมอ : เนื่องจากเรามองดูรุ้งกินน้ำในตำแหน่งที่ต่างกัน (ต่อให้ยืนซ้อนกัน ก็ยังต้องนับว่าตำแหน่งที่ดูต่างกัน) เราจะเห็นรุ้งกินน้ำต่างตัวเสมอ เนื่องจากมุมในการมองต่างกัน ดังนั้นน้องๆ ควรจะภูมิใจว่า ธรรมชาติสร้างรุ้งกินน้ำให้เราเห็นเฉพาะบุคคลจริงๆ

รุ้งกินน้ำเกิดจากการหักเหของแสง ? : รุ้งกินน้ำตัวที่ 1 หรือ รุ้งปฐมภูมิ เป็นรุ้งกินน้ำโค้งที่ชัดที่สุดที่เราเห็นกันเป็นประจำ โค้งสีแดงจะอยู่บนสุด และโค้งสีม่วงจะอยู่ล่างสุด รุ้งปฐมภูมิเกิดจากการที่แสงหักเห 2 ครั้ง และสะท้อน 1 ครั้ง (หักเห-สะท้อน-หักเห) รุ้งกินน้ำตัวที่ 2 หรือ รุ้งทุติยภูมิ เป็นรุ้งกินน้ำที่ชัดน้อยกว่า และจะเกิดอยู่เหนือรุ้งกินน้ำตัวที่ 1 โดยที่ลำดับสีของสายรุ้งจะสลับกับลำดับสีของรุ้งปฐมภูมิ คือโค้งสีแดงจะอยู่ล่างสุด และโค้งสีม่วงจะอยู่บนสุด รุ้งทุติยภูมิเกิดจากการที่แสงหักเห 2 ครั้ง และสะท้อน 2 ครั้ง (หักเห-สะท้อน-สะท้อน-หักเห)
รุ้งกินน้ำไม่ได้เกิดขึ้นทุกครั้งหลังฝนตก (มีละอองฝน) และแดดออก (มีแสงอาทิตย์) ? : ในข้อนี้ อาจเป็นที่ถกเถียงกันได้ แต่ถ้าเราอาศัยความรู้เกี่ยวกับรุ้งกินน้ำที่เราทราบดีแล้ว เราน่าจะสามารถกล่าวได้ว่า "รุ้งกินน้ำเกิดทุกครั้งที่มีสภาพเหมาะสม (มีละอองฝน + แสงแดดส่อง) แต่เราไม่เห็นรุ้งกินน้ำ เนื่องจากเราไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่จะเห็นมันต่างหาก"
รุ้งกินน้ำดูชัดเท่ากันทั้งตัว : รุ้งกินน้ำที่อยู่ใกล้พื้นดิน จะดูชัดเจนกว่ารุ้งกินน้ำตัวเดียวกันที่อยู่สูงขึ้นไป เนื่องจากรูปร่างของหยดน้ำใกล้พื้นดินมีรูปทรงที่กลมกว่า ทำให้การหักเหและสะท้อน เกิดขึ้นดีกว่า
รุ้งกินน้ำมี 2 ตัว คือ รุ้งปฐมภูมิ กับ รุ้งทุติยภูมิ : ในธรรมชาติ เราจะเห็นรุ้งกินน้ำได้อย่างมาก 2 ตัวเท่านั้น แต่ทางทฤษฎีแล้ว เนื่องจากแสงสามารถสะท้อนมากกว่า 2 ครั้ง ในหยดน้ำ จึงสามารถทำให้เกิดรุ้งตัวที่ 3...4...5... ไปได้เรื่อยๆ ทุกครั้งที่แสงจำนวนหนึ่งหักเหออกมาจากหยดน้ำ แล้วทำให้เกิดรุ้งกินน้ำ แสงที่เหลือจะสะท้อนต่อไป และหักเหออกมา ทำให้เกิดรุ้งกินน้ำตัวต่อไป ที่มีความเข้มของแสงน้อยลง (มองเห็นได้ยากขึ้น) รุ้งตัวอื่นๆ นี้ มีรายงานว่าสามารถสร้างขึ้นได้ในห้องทดลอง
ถ้าเราดูรุ้งกินน้ำ หรือใช้กล้องถ่ายภาพรุ้งกินน้ำผ่าน polarizing filter จะเห็นรุ้งกินน้ำชัดขึ้นหรือไม่ ? : คำตอบคือใช่ และ ไม่ใช่ ! สำหรับรุ้งกินน้ำตัวสั้นๆ การใช้ filter ดังกล่าว จะสามารถทำให้รุ้งกินน้ำดูชัดเจนขึ้นมาก แต่ถ้าเป็นรุ้งกินน้ำตัวยาวๆ การใช้ filter ดังกล่าว จะทำให้บางส่วนของรุ้งกินน้ำดูชัดเจนขึ้น แต่บางส่วนจะเลือนหายไปเกือบหมด หรือหมดเลยทีเดียว ที่เป็นเช่นนี้ เพราะรุ้งกินน้ำแต่ละส่วน มีระนาบของการเป็น polarization ต่างกันครับ

และนี่เป็นภาพที่เตรียมทำเป็น clay animation ครับ

รุ้งทานน้ำ