Jak powstaje tęcza? I dlaczego jest to aż tak niesamowite? 

Zacznijmy od podstaw. Z naukowego punktu widzenia tęcza to zjawisko optyczne, które powstaje w wyniku rozszczepienia światła słonecznego na pojedyncze barwy w momencie, gdy to światło przechodzi przez krople deszczu zawieszone w atmosferze. Promienie słoneczne, które trafiają do wnętrza kropli, zostają najpierw załamane – zmieniają kierunek, bo przechodzą z jednego ośrodka optycznego (powietrza) do drugiego (wody). 

Następnie światło odbija się od wewnętrznej powierzchni kropli, a wychodząc z niej, zostaje ponownie załamane. Ten proces powoduje, że światło białe, które w rzeczywistości jest mieszaniną światła o różnych długościach fal, ulega rozdzieleniu – zjawisko to nazywamy rozszczepieniem światła.

Każda barwa w świetle białym ulega załamaniu w nieco innym stopniu – to dlatego światło ulega rozszczepieniu, a my widzimy wszystkie kolory tęczy. Czerwone światło, które ma najdłuższą falę, załamuje się najmniej, natomiast fioletowe – najkrótsze – załamuje się najbardziej. Efektem jest spektakularny wachlarz kolorów, który rozciąga się łukiem w niebie.

Co istotne – nie widzimy jednej, wspólnej tęczy. Każda osoba widzi ją nieco inaczej, bo obserwuje światło odbite przez inne krople wody. Zjawisko tęczy jest więc jednocześnie obiektywnie obecne i subiektywnie odbierane.

Warto dodać, że to, co nazywamy „główną” tęczą, to tylko jedna z możliwych opcji – w sprzyjających warunkach można dostrzec także wtórny łuk tęczy, o odwróconej kolejności barw. Istnieje też tęcza księżycowa, niezwykle rzadkie zjawisko zachodzące nocą przy pełni Księżyca.

Często myślimy o tęczy jako o kolorowym łuku zawieszonym gdzieś między chmurami. W rzeczywistości jednak kształt łuku to tylko złudzenie wynikające z tego, jak nasze oko ludzkie odbiera światło rozchodzące się z kropli. Gdyby nic nie ograniczało widoczności – czyli gdyby nie zasłaniała jej np. powierzchnia ziemi – widzielibyśmy nie łuk, lecz pełny okrąg. Środek tęczy znajduje się bowiem zawsze naprzeciwko Słońca – dlatego, im wyżej znajdujemy się względem horyzontu, tym większą część tego okręgu możemy zaobserwować.

Warto też wspomnieć, że kształt łuku ma ścisły związek z geometrią i optyką – każda barwa tworzy swój własny stożek światła z wierzchołkiem w oku obserwatora. Im niżej znajduje się Słońce nad horyzontem, tym większy fragment łuku jest widoczny. W południe – gdy świeci słońce wysoko – łuk może być niewidoczny lub bardzo płaski, tuż nad linią wzroku.

Kiedy dzieci uczą się o tęczy, najczęściej zapamiętują jej barwy w konkretnej kolejności – czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Jest to klasyczny zestaw, który utrwalił się w edukacji i kulturze jako siedem kolorów. Granice między poszczególnymi barwami są płynne, a światło białe, z którego powstaje tęcza, zawiera nieprzerwane spektrum fal.

Oznacza to, że kolory tęczy w kolejności nie mają ostrych granic. Przechodzą łagodnie jeden w drugi, tworząc kontinuum. Klasyczne rozróżnienie na siedem pasów barwnych to uproszczenie, które pozwala zrozumieć i zapamiętać układ kolorów, ale nie oddaje pełni zjawiska.

To, ile kolorów ma tęcza zależy też od warunków atmosferycznych oraz zdolności rozdzielczej oka ludzkiego. Przy dużej wilgotności powietrza i odpowiedniej intensywności światła możliwe jest dostrzeżenie jeszcze większej liczby odcieni. Z naukowego punktu widzenia, każda barwa odpowiada konkretnej długości fali elektromagnetycznej. Czerwony – około 700 nanometrów, fioletowy – około 400 nm. Zjawisko rozszczepienia światła, które leży u podstaw tęczy, działa jak filtr pozwalający ujrzeć to, co na co dzień w świetle słonecznym pozostaje niewidoczne. 

Tęcza pojawia się tylko wtedy, gdy spełnione są konkretne warunki atmosferyczne i geometryczne. Przede wszystkim – musi świecić słońce, a jednocześnie w atmosferze muszą znajdować się odpowiednie krople deszczu lub inna forma zawieszonej wody (np. mgła). Istotne jest także położenie obserwatora względem słońca – musi on mieć je za plecami.

Światło słoneczne pada na krople wody i ulega wewnątrz nich zjawisku załamania, odbicia oraz rozszczepienia światła, w wyniku czego powstaje tęcza. Najlepsze warunki do jej obserwacji występują zazwyczaj rano lub późnym popołudniem – wówczas promienie słoneczne padają pod kątem umożliwiającym widoczność łuku tęczy.

Często można ją zauważyć po burzy, kiedy pada jeszcze lekki deszcz, ale zza chmur wychodzi już słońce. Zjawisko może być równie dobrze widoczne podczas mżawki, w pobliżu wodospadów lub fontann – wszędzie tam, gdzie krople wody unoszą się w powietrzu i mogą załamywać światło.

Tęcze światła odbitego (np. nad taflą jeziora) bywają jeszcze rzadsze – wynikają z podwójnego toru światła: raz odbitego od wody, potem od kropli deszczu.

Zjawisko tęczy nie jest ograniczone geograficznie – można je zaobserwować niemal wszędzie tam, gdzie występują odpowiednie warunki: światło słoneczne i krople wody. Jednakże intensywność i częstotliwość występowania tęczy zależą od klimatu. W strefach równikowych, gdzie deszcze są częste i krótkotrwałe, a słońce świeci mocno, tęcze pojawiają się regularnie. Na przykład w niektórych częściach Hawajów tęczę można zobaczyć niemal codziennie. W klimatach suchych, takich jak pustynie, zjawisko to jest o wiele rzadsze.

Z kolei tęcza księżycowa to szczególnie rzadki przypadek. Powstaje nocą, kiedy intensywne światło Księżyca (zwykle w pełni) pada na krople wody – mechanizm jest ten sam co przy słonecznej tęczy, ale światła jest znacznie mniej. Dlatego też tęcza księżycowa najczęściej jest postrzegana jako biała lub bardzo blada. Nasze oczy, niedostosowane do nocnych barw, nie rejestrują kolorów przy słabym oświetleniu – stąd efekt delikatnego, niemal monochromatycznego łuku.

Łuk tęczy to efekt optyczny – nie istnieje jako obiekt w przestrzeni, ale jako obraz powstający w oku obserwatora na skutek trajektorii promieni światła odbijanych przez krople deszczu znajdujące się w konkretnej części nieba. Jeżeli spróbujemy podejść w stronę końca tęczy, obraz się przesunie – nowe kropelki wody przejmą rolę pryzmatów, tworząc nowe „końce”.

Z tego powodu tęcza nie ma fizycznego końca – istnieje tylko w punkcie widzenia konkretnego obserwatora, w konkretnej chwili i przy konkretnym układzie światła. Wygląd tęczy jest więc nie tylko funkcją zjawiska optycznego, ale i naszej pozycji względem światła i kropli.

W sprzyjających warunkach, nieopodal głównej tęczy, można dostrzec jej „siostrę” – tęczę wtórną. Jest to słabszy, szerszy łuk, znajdujący się nad główną tęczą i mający odwrotną kolejność kolorów – fiolet na zewnątrz, czerwony wewnątrz.

Powstaje ona w wyniku drugiego odbicia światła białego wewnątrz kropli. Zanim promień opuści kroplę, odbija się nie raz, ale dwukrotnie – w efekcie światło odbija się pod innym kątem, a barwy układają się odwrotnie. Ponieważ jednak każda dodatkowa interakcja światła z kroplą powoduje straty energii, tęcza wtórna jest znacznie słabsza. Dodatkowo, między obiema tęczami często widoczny jest ciemniejszy pas zwany pasem Aleksandra – obszar, w którym mniej światła rozproszonego dociera do obserwatora.

Istnieją też inne, rzadsze zjawiska optyczne: wspomniana już tęcza księżycowa, a także „supertęcze” – wyjątkowo intensywne zjawiska z większą ilością barw, oraz tzw. „tęcze czerwone”, które powstają przy bardzo niskim Słońcu i ukazują głównie światło czerwonego pasma.

Obserwacja tęczy w naturze zawsze budzi entuzjazm – zarówno wśród dzieci, jak i dorosłych. Jednak czekanie na odpowiednie warunki atmosferyczne może trwać długo, zwłaszcza gdy światło słoneczne pada tylko przelotnie lub krople deszczu nie tworzą wystarczającej mgły. Na szczęście mechanizm, dzięki któremu powstaje tęcza, da się w prosty sposób odtworzyć w warunkach domowych. 

Eksperyment 1: Tęcza z lustra i szklanki

Ten eksperyment najlepiej przeprowadzać w słoneczny dzień, kiedy świeci słońce i możliwe jest precyzyjne ukierunkowanie promieni.

Potrzebne materiały:

• szklanka lub słoik przezroczysty (wypełniony do połowy wodą),
• małe lusterko,
• biała kartka papieru,
• światło słoneczne (lub bardzo mocna latarka w ciemnym pomieszczeniu).

Wykonanie:

1. Włóż lusterko do szklanki z wodą tak, aby opierało się pod kątem.
2. Ustaw zestaw w taki sposób, by światło słoneczne padało na powierzchnię lustra przez wodę.
3. Umieść białą kartkę papieru na drodze promieni słonecznych, które odbijają się od lustra.
4. Obserwuj rozkład światła białego – na papierze pojawi się fragment łuku tęczy, czyli miniaturowy widoczny efekt rozszczepienia światła.

Wyjaśnienie:

Woda w szklance oraz lustro pełnią funkcję pryzmatu. Światło białe wpadające do szklanki ulega załamaniu, a następnie odbiciu i rozszczepieniu, w wyniku czego widzimy kolory – podobnie jak w atmosferze, gdy promienie słoneczne trafiają na krople deszczu. Tak tęcza powstaje również w przyrodzie.

Eksperyment 2: Tęcza ze spryskiwacza

To jeden z najbardziej widowiskowych i prostych eksperymentów, który można przeprowadzić nawet w ogrodzie, na balkonie lub na podwórku.

Potrzebne materiały:

• butelka z rozpylaczem (np. po płynie do szyb),
• woda,
• światło dzienne – najlepiej bezpośrednie światła słonecznego.

Wykonanie:

1. Napełnij butelkę czystą wodą.
2. Stań tyłem do słońca, a przodem do miejsca, gdzie chcesz rozpalić tęczę (np. na murze, liściach, balustradzie).
3. Rozpyl wodę w powietrzu, tworząc mgiełkę.
4. Zwróć uwagę na pojawiający się łuk tęczy, który zobaczysz w mgiełce wodnej.

Wyjaśnienie:

Maleńkie kropelki wody unoszone w powietrzu działają jak mikroskopijne pryzmaty. Każda z nich odbijają światło i powodują rozszczepienie światła, dokładnie tak jak krople deszczu w naturze. Tak właśnie powstaje tęcza – jako efekt optyczny rozproszenia promieni światła.

Eksperyment 3: Pryzmat i latarka

Jeśli masz dostęp do prostego pryzmatu szklanego (dostępny np. w sklepach edukacyjnych lub online), możesz przeprowadzić bardzo precyzyjny eksperyment pokazujący jak powstaje tęcza z światła białego.

Potrzebne materiały:

• pryzmat szklany (trójkątny),
• latarka z mocnym, białym światłem,
• biała ściana lub karton.

Wykonanie:

1. Przygotuj ciemne pomieszczenie, aby wyeliminować wpływ światła z zewnątrz.
2. Oświetl pryzmat wiązką latarki, kierując światło pada pod kątem na jego bok.
3. Po drugiej stronie obserwuj pojawienie się siedmiu kolorów rozłożonych wachlarzowo.

Wyjaśnienie:

Pryzmat wywołuje zjawisko bardzo podobne do tego, co dzieje się wewnątrz kropli. Światło, które wydaje się białe, w rzeczywistości jest mieszaniną światła o różnych długościach fal. Każda z tych długości załamuje się pod innym kątem, co skutkuje rozkładem światła białego na czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony i kolejne barwy. Dzięki temu dzieci mogą łatwiej zrozumieć, że tęcza to zjawisko optyczne, a nie coś fizycznego znajdującego się na niebie.

Sprawdź też inne eksperymenty dla dzieci, które możesz przeprowadzić nawet w domu! 

W Novakid wierzymy, że dzieci najlepiej uczą się wtedy, gdy nauka łączy się z fascynacją i działaniem. I tak też prowadzimy nasze lekcje z angielskiego, którym zaufało już ponad 500 000 rodziców. 

• Zajęcia prowadzone przez profesjonalnych nauczycieli – z doświadczeniem w pracy z dziećmi i znajomością języka angielskiego na poziomie native lub C2.
• Program dopasowany do wieku i zainteresowań dziecka – tematy bliskie codzienności, takie jak tęcza, zjawiska przyrody, emocje, podróże czy zwierzęta.
• Edukacja przez zabawę i rozmowę – dzieci uczą się mówić, myśleć i rozumieć po angielsku bez presji i stresu.
• Lekcje online w elastycznych godzinach – bez dojazdów, bez stresu, w bezpiecznym domowym otoczeniu.
• Rozwój kompetencji poznawczych i językowych – nauka logicznego myślenia, zadawania pytań, wyciągania wniosków.

Zapisz dziecko na darmową lekcję próbną już dziś i zobacz, jak rośnie jego zapał do wiedzy!