GSA. Радуга

До чего же весело летом шлепать по лужам во время теплого дождя! В одних трусиках! Как под душем, только лучше! Потому что пахнет дождем, мокрой землей, травой, а воздух чистый, свежий. Хорошо!

Но вот дождь стихает. Уже кое-где появились на небе голубые просветы, в них тотчас же проскальзывает солнечный луч, а крупные капли дождя еще падают и падают... и вдруг кто-то радостно кричит:

- Радуга! Смотрите - радуга!

И в самом деле, через все небо перекинулась разноцветная дуга, словно огромные ворота в небе. Откуда они взялись? Кто их построил так быстро и так красиво? Луч солнца и дождевые капли.

Ведь радуга - это и есть солнечный луч. Он проходит через дождевые капли, как сквозь призмы, преломляется и отражается на противоположной стороне неба в виде огромной разноцветной дуги.

Вот почему можно сказать, что построили радугу солнечные лучи и дождевые капли.

Обычно солнечный луч и дождевые капли строят зараз одну радугу, и то не часто. Но бывает, что, всем на радость и удивленье, в небе сразу появляются две радуги. Одна из них поярче, другая побледней! Это бывает в тех редких случаях, когда солнечный луч дважды отражается в каплях воды. Еще реже на небе сияют сразу целых четыре или пять радуг,— это случается только над большими реками, озерами, заливами, потому что тут происходит сложное отражение солнечных лучей от воды. Природа изобретательна!

Но это еще не все чудеса. Иногда радугу можно увидеть ночью, когда после дождя из-за туч выглядывает луна. В ее тусклых лучах тоже рождается лунная радуга, разумеется не такая яркая, как солнечная.

И самое, по-моему, удивительное - радуга зимой! Очень это странно, необыкновенно. Трещит мороз, на бледно-голубом небе сияет холодное зимнее солнце, а в воздухе парят крохотные кристаллики льда. Луч солнца проходит через эти кристаллики, преломляется, как в призме, и отражается в небе красивой радугой.

Радуга

Наверное, нет человека, который бы не любовался радугой. Это великолепное красочное явление издавна поражало воображение людей. О радуге слагались легенды, ей приписывали удивительные свойства. У древних греков богиня радуги Ирида выступала как посредница между богами и людьми, передававшая людям волю богов. Глядя на радугу, древние греки верили, что она соединяет небо и землю. По мнению древних эстов, радуга наполняла водой истощенные после дождя облака; вода по радуге якобы поднималась из озера или реки в небеса. Любуясь радугой, древние индейцы думали о цветах, которые увяли на земле и вновь расцвели на небе.

Все цветы лесов зеленых,
Все болотные кувшинки,
На земле когда увянут,
Расцветают снова в небе.

Эти строки взяты из знаменитой «Песни о Гайавате», написанной Г.Лонгфелло на основе легенд северо-американских индейцев. С радугой всегда связывалось ощущение радости и освобождения. «Блещет солнышко на кровле, радуга отводит бурю», - читаем мы в эстонском эпосе «Калевипоэг». По библейской легенде, бог Яхве после всемирного потопа повесил на небе радугу в знак того, что он больше не станет так жестоко карать людей: «Я повесил радугу мою в облаке, чтобы она была знамением вечного согласия между мною и между землею». В древнеиндийском эпосе «Рамаяна» встречается «лук семицветный Громовника». Громовник - он же громовержец - это царь богов Индра, а его «семицветный лук» - это радуга. Такой же смысл приписывали радуге и древние арабы; они считали ее луком бога света Кузаха. После победы над силами тьмы, не пускавшими солнце на небо, Кузах вешал радугу-лук на облака. У славянских народов радуга, появлявшаяся на небе после благодатного дождя, олицетворяла победу бога-громовержца Перуна, поразившего молниями духа зла.

Радуга - добрая предвестница. Если она появилась, значит, проглянуло солнце; напоивший посевы дождь, сделав доброе дело, теперь окончится, настанет хорошая погода. Слово «радуга» содержит старославянский корень «радь», что означает «веселый». В старославянском языке есть наречие «радоштами», означающее «радостно». И в наши дни в некоторых местностях на Украине радугу называют «веселкой». А многие люди «расшифровывают» слово «радуга» как «райская дуга». Вспомним следующие строки из «Дон-Жуана» Дж. Байрона:

Все ободрились: радугу они
Считали добрым предзнаменованьем:
И римляне и греки искони
Подобным доверяли указаньям.
В тяжелые и горестные дни
Полезно это всем; когда страданьем
Измучен ум, - приятно допустить,
Что радуга спасеньем может быть.

Поэты неоднократно обращались к радуге. Ощущение радости, вызываемое радугой, хорошо передано, например, в следующем стихотворении Гёте. Поэт любуется радугой, возникшей на фоне струй водопада, и сравнивает красочность человеческой жизни с красочностью радуги:

К тебе я, солнце, обращусь спиною;
На водопад сверкающий, могучий
Теперь смотрю я с радостью живою,—
Стремится он, на тысячи потоков разливаясь,
Бросая к небу брызги светлой тучей.
И между брызг, так дивно изгибаясь,
Блистает пышной радуга дугою,
То вся видна, то вновь во мгле теряясь,
И всюду брызжет свежею росою!
Всю нашу жизнь она воспроизводит:
Всмотрись в нее - и ты поймешь душою,
Что жизнь на отблеск красочный походит.

Конечно, не только о хорошей погоде думали люди, любуясь радугой. С радугой издавна связывались представления о благополучии, о счастье. Существовало поверье, будто в том месте, где радуга как бы уходит одним из своих концов в землю, можно откопать горшок с золотом. А чтобы до окончания жизни быть счастливым и удачливым во всех делах, достаточно хотя бы раз пройти под радугой босиком. Жаль вот только, что никому еще не удавалось пройти под радугой, никто не смог подойти к ее основанию. Восхищаясь «жемчужным, разноцветным мостом», Ф. Шиллер с грустью замечает:

Идешь к нему - он прочь стремится
И в то же время недвижим;
С своим потоком он родится
И вместе исчезает с ним.

Радуга действительно неуловима и недолговечна. Она дарит ощущение радости, но, увы, ощущение это мимолетно. Она дарит мечту о счастье, но счастье это оказывается недостижимым. Удивительное в своей красоте «мимолетное виденье» буквально тает на наших глазах, оставляя нам чувство светлой грусти. Об этом очень хорошо писал Ф. И. Тютчев:

Как неожиданно и ярко
На влажной неба синеве
Воздушная воздвиглась арка
В своем минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила,
Другим за облака ушла —
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.
О, в этом радужном виденье
Какая нега для очей!
Оно дано нам на мгновенье,
Лови его - лови скорей!
Смотри - оно уж побледнело,—
Еще минута, две - и что ж?
Ушло, как то уйдет всецело,
Чем ты и дышишь и живешь.

Радуга глазами внимательного наблюдателя

Издавна заметили, что радуга наблюдается, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу. Если встать лицом к солнцу, то радуги не увидеть. Надо, чтобы солнце было сзади (помните у Гёте: «К тебе я, солнце, обращусь спиною...»). Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя. Можно наблюдать также и близкую радугу, возникающую на фоне струй водопада или фонтана.

По мере того как дождь стихает, а затем прекращается, радуга блекнет и постепенно исчезает. Помните у Тютчева, писавшего о «радужном виденье»: «Смотри - оно уж побледнело, - еще минута, две...». Или у Шиллера, писавшего о «жемчужном мосте»:

«С своим потоком он родится и вместе исчезает с ним».

Сколько у радуги цветов? Обычно говорят о семи цветах, чередующихся в следующем порядке: красный (внешний край радуги), оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый (внутренний край радуги, обращенный к земной поверхности). Впрочем, число цветов является условным понятием - между соседними из указанных цветов нет четких границ. Аристотель называл, например, всего три цвета радуги: красный, зеленый, фиолетовый. Ньютон вначале выделял в радуге пять цветов: красный, желтый, зеленый, синий, фиолетовый (последний он называл пурпуровым). Позднее он говорил о десяти цветах: алом, киновари, лимонном, шафранном, желтоватой зелени, травянистом, лазурном, голубом, индиго, фиолетовом. В конечном счете Ньютон остановился на семи цветах - тех самых, которые и по сей день принято выделять в радуге. Выбор именно этого числа объясняется не физикой, а скорее тем, что число 7 издавна считалось «магическим» (семь чудес света, семь смертных грехов, семь дней недели и т. д.). Художник или поэт волен видеть в радуге иное число цветов. Завершим же разговор о цветах радуги стихотворением В. С. Шефнера:

Всего мне мало... Пусть в мгновенье это
Все семь цветов я вижу без труда,—
Но все ж невольно жду восьмого цвета,
Который в детстве снился иногда.

Вернемся к описанию радуги. Нередко над основной радугой возникает еще одна (дополнительная) радуга - более широкая и размытая. Цвета в дополнительной радуге чередуются в обратном порядке: от фиолетового (внешний край) до красного (внутренний край). Явление двойной радуги так описывается у Данте:

Как средь прозрачных облачных пелен
Над луком лук соцветный и сокружный
Посланницей Юноны вознесен,
И образован внутренним наружный.

Здесь «посланница Юноны» - это Ирида, богиня радуги. Что же касается последней строки, то в ней выразилось существовавшее в средние века мнение, будто наружная (дополнительная) радуга есть как бы отражение внутренней (основной). По-видимому, на эту мысль наводило людей наблюдаемое обратное чередование цветов в дополнительной радуге.

Между красными краями основной и дополнительной радуг находится темноватая полоса. Ее называют александровой полосой - по имени жившего во II в. греческого философа Александра, подметившего эту особенность двойной радуги.

Особенно яркая, праздничная радуга возникает после шумной летней грозы (или во время грозы). При моросящем дождике цветовая окраска радуги становится бледной. В этом случае радуга может превратиться в белесый полукруг.

Для наблюдателя, находящегося на относительно ровной земной поверхности, радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42°. Чем ниже солнце, тем больше угловая высота вершины радуги и тем, следовательно, больше наблюдаемый участок радуги. Дополнительная радуга может наблюдаться, если высота солнца над горизонтом не превышает 53°.

Радугу можно рассматривать как гигантское «колесо», которое, как на ось, «надето» на воображаемую прямую линию, проходящую через солнце и наблюдателя.

Радуга на других планетах

Читатель, внимательно проследивший за всеми нашими рассуждениями, может убедиться в том, какое большое расстояние лежит от обычно бытующего представления, что «радуга - это очень просто, это солнечные лучи, преломляющиеся в каплях дождя», до действительного понимания физического механизма возникновения радуги. Разобравшись в этом механизме, мы можем позволить себе немного пофантазировать.

Зададимся вопросом: как выглядела бы радуга, если бы показатель преломления вдруг увеличился для всех длин волн, скажем, в 1,25 раза? Вообразим, что мы очутились на неизвестной планете, где роль воды выполняет какая-то иная жидкость. Это означало бы, что теперь для красных лучей n_к = 1,66, а для фиолетовых n_ф = 1,68. Расчеты дают: y_к = 11° и у_ф = 10°. Таким образом, по сравнению с земной радугой угловые размеры инопланетной радуги должны уменьшиться в 4 раза; при этом сама радуга будет примерно вдвое тоньше. Увидеть радугу, находясь на поверхности планеты, можно лишь при условии, что высота светила над горизонтом не превышает 10°. При наблюдении из кабины космического корабля это требование снимается. Если показатель преломления распыленной в атмосфере планеты жидкости окажется близким к n = 2, радуга стянется в световое пятно, находящееся в направлении противосолнечной точки.

Физика и красота

Английские поэты XVII в. упрекали Ньютона в том, что, объяснив возникновение радуги, он тем самым посягнул на ее красоту. Предоставляем читателю самому убедиться в несправедливости подобного упрека. Мы уверены, что теперь, когда он познакомился с физикой образования радуги, это удивительное явление природы покажется ему еще более прекрасным. Возможно, что умудренный знанием истинных причин он именно теперь особенно остро почувствует поэтическую прелесть лермонтовских строк:

Там разноцветною дугой,
Развеселясь, нередко дивы
На тучах строят мост красивый,
Чтоб от одной скалы к другой
Пройти воздушною тропой.