Už dávno lidé zjistili, že duhu mohou pozorovat pouze v případě, že stojí zády ke Slunci, které ozařuje pozadí deště, vodotrysku nebo vodopádu. První vysvětlení vzniku duhy jako lomu a úplného odrazu světla na kapkách deště pochází z počátku 14. století od Dietricha z Freiberka a perského učence Kamal al din al Farisi. Znovu je objevil až v 17. století Jan Marek Marci a nezávisle na něm René Descartes. Vznik zvláštních druhů duhy vysvětlil v roce 1837 George Biddell Airy pomocí interference světla.
Úplný odraz světla ve vodní kapce.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Vznik duhy můžeme vysvětlit pomocí obrázku. Paprsek dopadá na kapku pod úhlem α a láme se ke kolmici pod úhlem β. Projde kapkou a na stěně se úplně odráží pod úhlem β, dopadá na stěnu kapky pod úhlem β, kde se láme od kolmice a z kapky vychází po úhlem α. Úhel, který svírá dopadající a vystupující paprsek se blíží úhlu 42°. Takto vzniká hlavní duha. Jestliže by došlo ještě k jednomu úplnému odrazu, pak by vznikla i duha vedlejší. Hlavní duha má horní okraj červený, vedlejší duha má horní okraj fialový. Oba oblouky mají společný střed v bodě, který odpovídá protislunci, tj. bodu, který leží přesně na opačné straně oblohy než Slunce. Mezi hlavní a vedlejší duhou vzniká pás, který se jeví tmavší než nebe pod hlavní a nad vedlejší duhou. Tento pás se nazývá pás Alexandrův, podle řeckého filozofa Alexandra (2. stol.). V roce 1811 Jean Biot ukázal, že duha je silně polarizovaná a že směr polarizace je tečnou k oblouku duhy.
Rozklad světla ve vodní kapce.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Tvar a zabarvení duhy závisí na velikosti vodních kapek. Při dostatečně velikých kapkách vzniká hlavní duhový oblouk. Menší kapky (průměr 0,5 – 2 mm) způsobují vznik dalšího modrého a fialového pásu. Ještě menší kapky způsobují vznik podružných duh, které jsou od hlavní odděleny a jsou málo zřetelné. Kapky o průměru 0,05 mm dávají vzniknout bílé duze.
|
Poloměr vodních kapek (v mm) |
Charakteristika vzhledu duhy |
|---|---|
|
0,5 – 1 |
široký fialový pruh, jasně patrná zelená a červená barva, větší počet podružných duhových oblouků, v nichž je nejzřetelnější fialová a zelená barva |
|
0,25 |
slabší červená barva, menší počet podružných duhových oblouků s převládající fialovou a zelenou barvou |
|
0,10 – 0,15 |
poměrně široký pás duhy téměř bez červené barvy, naloutlé podružné duhové oblouky |
|
0,04 – 0,05 |
široký a poměrně bledý pás duhy, nejvýrazněji patrná fialová barva |
|
0,03 |
bílý pruh v hlavní duze |
|
< 0,025 |
tzv. duha v mlze jevící se pouze jako bílý pruh |
Někdy se podaří vidět část nebo i celou duhu na trávě pokryté rosou. Není to však kruhová duha, ale má tvar široké paraboly. Světlo dopadá do našeho oka, když jeho paprsek svírá s osou Slunce – oko úhel 42°. Jestliže Slunce není vysoko, protíná světelný kužel povrch Země. Průsečnicí je parabola. Během dne se změní v elipsu, ale tento jev je pozorován velice zřídka.
Duha může vzniknout i na jiných planetách. Důkaz o tom přinesla evropská vesmírná sonda Venus Express, která zkoumá Venuši. Na snímku, který pořídila sonda 24. července 2011, ale zveřejněn byl až nyní, je vidět kruhová duha na vrcholcích mraků ve výšce 70 km, která má 1200 km v průměru. Zatímco na Zemi jsou tvořeny barvy duhy lomem světla v kapičkách vody, v husté atmosféře Venuše se jedná o drobné kapičky kyseliny sírové. Protože jsou menší než kapky vody na Zemi, jsou i pásy duhy na Venuši menší než na Zemi.
Duha na Venuši.
Zdroj: www.esa.int.
Duha může vzniknout i za svitu Měsíce. Jedná se o úkaz velmi vzácný a obecně platí, že má velmi malou světelnou intenzitu a že se jeví pouze jako bělavý světelný oblouk. Je to v souvislosti nejen se slabým měsíčním svitem, ale i s viděním člověka. Podařilo–li by se nám měsíční duhu vyfotografovat, na snímku by byly zachyceny i barvy. Měsíční duhu hledejte na obloze ve směru na protější straně Měsíce.
