เมื่อเวลาฝนตก หลายคนคงตั้งตารอคอยความสวยงามจากปรากฏการณ์ธรรมชาติในชั้นบรรยากาศของโลก ยามที่ฝนตก นั่นก็คือ รุ้ง (Rainbow) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติประเภทหนึ่งที่เรามักพบเห็นหลังช่วงเวลาฝนตกอยู่เสมอ รุ้งเกิดจากอะไร หลายคนที่พบเห็นรุ้งอาจสงสัย บทความนี้จะมาไขปริศนาให้ทราบกัน

ภาพที่ 1 ภาพรุ้ง
https://pixabay.com ,Free-Photos

         รุ้ง เกิดจากแสงที่ส่องจากดวงอาทิตย์ ส่องผ่านละอองน้ำในชั้นบรรยากาศโลกหรือในอากาศนั่นเอง ทำให้เกิดการหักเหในระดับสายตาที่มุมองศา 40° - 42°  กรณีที่แสงอาทิตย์ทำมุมกับหยดน้ำแล้วหักเหเป็นมุม 40° จะทำให้เรามองเห็นแสงเป็นสีม่วง แต่ถ้าแสงอาทิตย์ทำมุมกับหยดน้ำแล้วหักเหเป็นมุม 42° เราก็จะมองเห็นแสงเป็นสีแดง   ซึ่งรุ้งที่เกิดขึ้น จริง ๆ แล้วละอองน้ำในอากาศจะหักเหแสงอาทิตย์ทำให้เกิดแถบสเปกตรัมเป็นเส้นอาร์ควงกลมเหนือพื้นผิวโลก จึงเห็นเป็นแถบสีต่าง ๆ ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้า

         ในทางทฤษฎีเราอาจสรุปและอธิบายได้ว่า รุ้งเกี่ยวข้องกับการกระจายของแสง จากแสงแดดตกกระทบหยดน้ำ แล้วหักเหเข้าไปในหยดน้ำเนื่องจากมีการเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่น โดยแสงสีน้ำเงินจะหักเหมากกว่าแสงสีแดงจนเกิดการกระจายของแสง แล้วสะท้อนภายในหยดน้ำ เนื่องจากผิวภายในของหยดน้ำ มีความโค้งและผิวคล้ายกระจก ทำให้หักเหออกมาจากหยดน้ำ และกระจายแสงในลักษณะคล้ายกันกับเมื่อเราทดลองนำแสงลอดผ่านปริซึม ซึ่งจะแยกออกเป็นสเปกตรัม 7 สี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง  

        รุ้งสามารถเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ รุ้งปฐมภูมิ และ รุ้งทุติยภูมิ ซึ่งมีลักษณะที่แตกต่างกัน ดังนี้

รุ้งปฐมภูมิ (Primary Rainbow)

       จะเกิดจากแสงอาทิตย์ตกกระทบเข้ามาทางด้านบนของหยดน้ำ แล้งหักเหเข้าไปในหยดน้ำทำให้เกิดการกระจายของแสง และเกิดการสะท้อนแสงที่ผิวด้านในของหยดน้ำ และหักเหออกจากหยดน้ำสู่อากาศ ลักษณะรุ้งที่เกิดขึ้นจะมีสีม่วงอยู่ด้านล่างมีสีแดงอยู่ด้านบน ซึ่งเราจะมองเห็นแถบสีไล่จากม่วงไปแดง โดยแสงสีแดงอยู่สูงสุดลักษณะของรุ้งปฐมภูมิแบบนี้ จะทำมุม 40° - 42.5°  กับแนวรังสีตกกระทบหยดน้ำ

รุ้งทุติยภูมิ (Primary Rainbow)

        จะเกิดจากแสงอาทิตย์ตกกระทบเข้ามาทางด้านล่างของหยดน้ำ แล้วหักเหเข้าไปในหยดน้ำทำให้เกิดการกระจายของแสง และเกิดการสะท้อนที่ผิวด้านในของหยดน้ำ 2 ครั้ง และหักเหออกจากหยดน้ำสู่อากาศ ลักษณะรุ้งที่เกิดขึ้นจะมีสีแดงอยู่ด้านล่างมีสีม่วงอยู่ด้านบน ซึ่งเราจะมองเห็นแถบสีไล่จากแดงไปม่วง โดยแสงสีม่วงอยู่สูงสุด ลักษณะของรุ้งทุติยภูมิแบบนี้ จะทำมุม 51° - 54°  กับแนวรังสีตกกระทบหยดน้ำ

        ทั้งนี้โดยปกติ แสงอาทิตย์หรือรังสีที่ตามองเห็น (Visible light) มีความยาวคลื่น 400 - 800 นาโนเมตร  โดยที่แสงสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดคือประมาณ 380-440 นาโนเมตร และแสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุดคือประมาณ 625-740 นาโนเมตร สีอื่น ๆ ก็จะมีความคลื่นยาวแตกต่างกันออกไป แต่ที่เราสามารถมองเห็นได้ก็จะอยู่ในช่วง ความยาวคลื่น 400 - 800 นาโนเมตร  ดังกล่าว โดยในการเกิดรุ้งทั้ง 2 แบบ แสงที่หักเหออกจากหยดน้ำ จะมีสเปกตรัมของแสงครบทุกสี แต่จะมีแสงสีแดงสีเดียวที่ผ่านเข้าตา แสงสีอื่นจะผ่านเลยไป หรือถ้าแสงสีม่วงเข้าตา แสงสีอื่น ๆ จะผ่านเลยไป ซึ่งหยดน้ำในอากาศมีมากมาย จึงให้สเปกตรัมของแสงครบทุกสี จึงทำให้เราสามารถมองเห็นรุ้งเป็นสีต่าง ๆ

ภาพที่ 2 รุ้งในบริเวณน้ำพุ
ที่มา สุภัตรา ทรัพย์อุปการ

รุ้งเกิดขึ้นที่ไหนและตอนไหน

      เราสามารถมองเห็นรุ้งได้ในช่วงหลังฝนตก และมีแดดออก เนื่องจากเป็นช่วงที่มีละอองน้ำในอากาศและมีแสงอาทิตย์ส่องมาจากด้านหลังของเราในมุมที่สูงจากพื้นไม่มาก การสังเกตควรอยู่ในที่พื้นที่สว่างซึ่งมีแสงส่องจากดวงอาทิตย์ โดยที่รุ้งจะปรากฏอยู่ด้านตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ หรือในบางครั้งเราอาจมองเห็นรุ้งได้ง่าย ๆ โดยไม่ต้องรอฝนตก นั่นก็คือ การดูรุ้งจากบริเวณบริเวณใกล้กับน้ำตกหรือน้ำพุ หรืออาจสร้างขึ้นเองก็ได้ด้วยวิธีการพ่นละอองน้ำไปในอากาศกลางแสงแดด นอกจากนี้ ยังมีรุ้งอีกประเภทหนึ่งเรียกว่า  moonbow ในคืนที่แสงจันทร์มีความสว่างมาก ๆ ได้ด้วยเช่นเดียวกัน แต่อาจไม่ชัดเจนนัก

แหล่งที่มา

รุ้ง. สืบค้นเมื่อวันที่  12 กุมภาพันธ์ 2562. จาก http://sci4fun.com/skyobserve/rainbow.html

รุ้งกินน้ำ. สืบค้นเมื่อวันที่  12 กุมภาพันธ์ 2562. จาก http://www.lesa.biz/earth/atmosphere/phenomenon/rainbow

รุ้งกินน้ำ. สืบค้นเมื่อวันที่  12 กุมภาพันธ์ 2562. จาก http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual2/rainbow/rainbow.html

รุ้งกินน้ำปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศโลก . สืบค้นเมื่อวันที่  12 กุมภาพันธ์ 2562. จาก http://www.narit.or.th/index.php/astro-photo-article/2590-rainbow-atmosphere