Возможно ли увидеть четыре радуги сразу?

Это возможно. Хоть и очень редко, человек может увидеть в небе сразу четыре естественных радуги.

Радуга возникает, когда белый солнечный свет рассеивается каплями дождя в воздухе. Из-за дисперсионных свойств воды разные цвета света в солнечном свете изгибаются (преломляются) в разной степени при входе и выходе из капли дождя. В результате разные цвета исходят из капли дождя под разными углами, заставляя вас видеть разные цвета в разных местах неба. Поскольку это рассеяние является геометрическим эффектом, который зависит от направления исходного падающего солнечного света, радуга формируется в виде круга (или части круга), центр которого находится в точке, прямо противоположной солнцу. Основная радуга включает в себя солнечный свет, попадающий в каплю дождя, один раз отражающийся от внутренней задней поверхности капли дождя, а затем выходящий из капли дождя.

Кроме того, перед выходом свет может дважды отражаться от внутренней поверхности капли дождя. Второе отражение приводит к тому, что эти световые лучи выходят под углом, который сильно отличается от угла световых лучей, которые отражаются только один раз. Поэтому образуется вторичная радуга, которая имеет больший радиус, чем первичная радуга.

Вторичная радуга создается тем же солнечным светом и тем же процессом преломления, что и первичная радуга, поэтому ее центр также находится в точке, точно противоположной солнцу. Из-за дополнительного отражения, цвета вторичной радуги меняются местами по сравнению с первичной радугой. Поскольку часть света теряется из капли дождя при каждом отражении, вторичная радуга намного тусклее, чем первичная. В принципе, вторичная радуга присутствует всегда. Однако, вторичная радуга часто настолько тусклая, что люди ее не видят. При подходящих условиях наблюдения (т. е. необычно солнечный день и необычно большое количество дождевых капель в воздухе) вторичная радуга видна вполне отчетливо.

Свет может трижды отражаться от внутренней поверхности дождевой капли, прежде чем выйти, создавая радугу третьего порядка; или четыре раза, создав радугу четвертого порядка; и так далее. Однако радуги третьего и более высоких порядков настолько тусклые, что их почти никогда не видно невооруженным глазом.

Учитывая почти невозможность увидеть радуги третьего и четвертого порядка, как люди могут видеть в небе сразу четыре радуги?

Ответ заключается в том, что часть солнечного света может отражаться до того, как попадет в капли дождя. Напомним, что формирование радуги — это эффект геометрического рассеяния, приводящий к тому, что центр радуги находится в точке, противоположной солнцу.

Что произошло бы, если бы два солнца находились в двух разных местах на небе? Тогда солнечный свет попадал бы на капли дождя под двумя разными углами, и в результате возникали бы две основные радуги, центр каждой из которых находился бы в разных точках. Если условия наблюдения достаточно благоприятны, чтобы можно было увидеть вторичные радуги, то будет четыре радуги: первичная радуга и вторичная радуга с центром в точке, противоположной одному солнцу, а также первичная радуга и вторичная радуга с центром в точке напротив другого солнца.

На планетах с дождем и двумя солнцами обычно должна присутствовать четверная радуга. Однако у нас нет двух солнц, как быть тогда?

Большая, плоская, блестящая поверхность может отражать достаточно солнечного света, чтобы ситуация действовала как два солнца. Спокойное озеро делает именно это. Солнечный свет, исходящий непосредственно от солнца, находится под углом, отличным от угла солнечного света, отражающегося от поверхности озера, и поэтому они образуют разные наборы радуги с центрами в разных точках.

Радуги, образованные солнечным светом, исходящим от озера, называются «радугами отражения». Таким образом, хотя это и очень редко, невооруженным человеческим глазом можно увидеть сразу четыре естественные радуги в небе, состоящие из:

• Первичная радуга (одиночное отражение внутри капли дождя) от прямого солнечного света.
• Вторичная радуга (двойное отражение внутри капли дождя) от прямого солнечного света.
• Первичная радуга (одиночное отражение внутри капли дождя) от солнечного света, отраженного озером.
• Вторичная радуга (двойное отражение внутри капли дождя) от солнечного света, отраженного озером.

В принципе, невооруженный человеческий глаз мог бы увидеть шесть радуг, если бы имелись две разные большие отражающие поверхности, создающие эффект трех солнц.

Например, если большой, плоский, гладкий ледник находится рядом с озером и его поверхность наклонена по сравнению с поверхностью озера, то при подходящих условиях вы сможете увидеть шесть радуг одновременно. Хотя физически это возможно, такая ситуация крайне редка.