Ngài Isaac Newton ban đầu xác định bảy màu của cầu vồng: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Tuy nhiên, trong các quy ước đương đại, danh sách được công nhận rộng rãi có xu hướng đơn giản hóa, bỏ màu chàm và công nhận sáu màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam và tím. Ngoài ra, một cách giải thích hiện đại hơn giới thiệu màu lục lam, mở rộng quang phổ màu thành bảy: đỏ, cam, vàng, lục, lam, lam và tím. Sự thay đổi này phản ánh sự hiểu biết đang phát triển của chúng ta về thành phần sắc độ của cầu vồng.
Hiểu biết khoa học về sự hình thành cầu vồng
Cầu vồng, một hiện tượng thiên nhiên đầy cuốn hút, được hình thành qua các quá trình tương tác phức tạp giữa ánh sáng mặt trời và các giọt nước trong khí quyển. Sự hình thành cầu vồng không chỉ đơn giản là vẻ đẹp sắc màu mà còn là một chuỗi các hiện tượng vật lý diễn ra chi tiết:
- Tương tác ánh sáng và nước: Cầu vồng hình thành khi ánh sáng mặt trời gặp các giọt nước lơ lửng trong không khí. Những giọt nước này giống như những lăng kính thu nhỏ, có khả năng phân tán ánh sáng, giúp tách ánh sáng trắng thành các màu sắc khác nhau.
- Khúc xạ và phân tán ánh sáng: Khi ánh sáng mặt trời đi qua ranh giới giữa không khí và nước, nó sẽ bị khúc xạ – tức là bị bẻ cong và tách thành các màu của quang phổ. Các bước sóng ánh sáng khác nhau sẽ bị khúc xạ ở các góc khác nhau, tạo ra dải màu sắc đặc trưng mà chúng ta thấy trong cầu vồng.
- Sự phản xạ bên trong giọt nước: Sau khi đi vào giọt nước, ánh sáng bị phản xạ trở lại bên trong giọt và khúc xạ một lần nữa trước khi thoát ra ngoài. Chính các lần phản xạ và khúc xạ này đã giúp tạo nên dải quang phổ rực rỡ.
- Dải màu của cầu vồng: Cầu vồng hiện ra với các dải màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Mỗi màu tương ứng với một bước sóng cụ thể, tạo nên dải màu liền mạch.
- Góc quan sát: Để thấy cầu vồng, người quan sát phải quay lưng lại với mặt trời. Góc cầu vồng chính thường vào khoảng 40 độ so với đường chân trời, trong khi cầu vồng phụ – mờ hơn, có góc lớn hơn, khoảng 53 độ.
Màu sắc của cầu vồng
Cầu vồng không chỉ là sự kết hợp của bảy màu đơn lẻ mà thực tế là một sự pha trộn liên tục của nhiều sắc thái trong quang phổ. Khi ánh sáng mặt trời xuyên qua các giọt nước, nó tán sắc thành một dải màu rộng, tạo ra cảnh tượng cầu vồng.
Trình tự màu sắc điển hình trong một cầu vồng sơ cấp như sau:
- Màu đỏ: có bước sóng dài nhất, khoảng 780 nm.
- Màu tím: có bước sóng ngắn nhất trong dãy, khoảng 380 nm.
Mặc dù chúng ta thường ghi nhớ cầu vồng gồm bảy màu cơ bản, dải màu cầu vồng thực sự liên tục và phong phú hơn. Điều này khiến cầu vồng trở thành một màn trình diễn quang học với vô số màu sắc hòa quyện, vượt xa bảng màu truyền thống mà chúng ta thường tưởng tượng.
Danh sách màu của Newton
Isaac Newton là người đầu tiên đặt tên cho bảy màu trong cầu vồng, bao gồm: Đỏ, Cam, Vàng, Lục, Lam, Chàm, và Tím. Thứ tự này thường được ghi nhớ thông qua từ viết tắt VIBGYOR. Tuy nhiên, có một số tranh cãi xoay quanh danh sách của Newton:
- Khó phân biệt màu chàm: Mắt người không phân biệt rõ ràng màu chàm với màu xanh lam hoặc màu tím, khiến màu này ít rõ nét hơn so với các màu còn lại.
- Phân loại màu chàm: Chàm là một màu bậc ba, tức là một màu pha trộn từ các màu cơ bản. Trong khi đó, các màu cơ bản gồm đỏ, xanh lam, và vàng, và các màu thứ cấp như cam, lục, và tím là kết quả của sự pha trộn giữa các màu cơ bản này.
Vì vậy, trong cầu vồng thực tế, sự chuyển tiếp giữa các màu không chỉ giới hạn trong bảy sắc mà là một sự giao thoa của nhiều màu tạo nên vẻ đẹp kỳ diệu.
Các biến thể của cầu vồng
Cầu vồng không chỉ xuất hiện dưới dạng cung bảy màu thường thấy mà còn có nhiều biến thể độc đáo do các hiện tượng quang học đặc biệt. Dưới đây là một số biến thể cầu vồng thú vị và độc đáo:
- Glow (Ánh phát sáng): Glow là hiện tượng tỏa sáng mờ ảo xảy ra ở phía đối diện cầu vồng, hướng về phía mặt trời trong điều kiện mưa hoặc mưa phùn. Ánh sáng đi xuyên qua các giọt nước, tạo thành một vùng phát sáng nhẹ nhàng và huyền ảo trong bầu không khí.
- Cầu vồng đôi: Đây là một hiện tượng hiếm hoi khi có hai cầu vồng cùng xuất hiện. Cầu vồng thứ cấp mờ nhạt hơn, nằm phía trên cầu vồng chính, có quang phổ ngược lại do ánh sáng phản chiếu hai lần bên trong các giọt mưa.
- Cầu vồng bậc cao: Khi ánh sáng phản chiếu nhiều lần trong giọt mưa, cầu vồng bậc ba và bậc bốn có thể xuất hiện. Các cầu vồng này thường hướng về phía mặt trời và mờ nhạt dần đi với mỗi bậc cao hơn.
- Cầu vồng hai đầu chung: Trong điều kiện đặc biệt, hai cầu vồng tách biệt có thể xuất hiện từ một điểm cuối chung, hiện tượng này xảy ra do các giọt nước có kích thước và hình dạng khác nhau trong không khí.
- Cầu vồng siêu số: Dưới vòng cung trong của cầu vồng chính, các cầu vồng siêu số có thể xuất hiện dưới dạng những vệt màu phấn nhạt và mảnh. Những vệt này là kết quả của sự giao thoa ánh sáng trong các giọt nước nhỏ với kích thước đồng đều.
- Cầu vồng phản chiếu từ mặt nước: Khi cầu vồng chính được phản chiếu trên mặt nước, một cầu vồng phản chiếu có thể hình thành phía trên. Khác với cầu vồng phản quang, cầu vồng này có hình ảnh kéo dài phía trên cầu vồng chính.
- Cầu vồng phản chiếu trên mặt nước: Đây là một cầu vồng hình quả hạnh nhân xuất hiện ngay trên mặt nước khi ánh sáng phản chiếu từ bề mặt sau khi đi qua các giọt nước.
- Cầu vồng đỏ: Xuất hiện vào lúc mặt trời mọc hoặc lặn, cầu vồng đỏ chỉ bao gồm các sắc thái đỏ. Ánh sáng phải đi qua bầu khí quyển dày hơn và tán xạ các bước sóng ngắn, chỉ còn lại màu đỏ.
- Cầu vồng sương mù: Được tạo ra khi ánh sáng bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt sương nhỏ. Do kích thước giọt nước sương mù nhỏ, cầu vồng sương mù thường mờ nhạt và ít màu sắc hơn so với cầu vồng thông thường.
- Moonbow (Cầu vồng mặt trăng): Moonbow là cầu vồng được tạo ra nhờ ánh sáng từ mặt trăng thay vì mặt trời. Cầu vồng mặt trăng khá mờ và thường mang đến vẻ đẹp huyền bí, nhạt nhòa dưới ánh trăng.
Mỗi biến thể cầu vồng mang một vẻ đẹp riêng biệt, không chỉ thể hiện sự đa dạng trong tự nhiên mà còn giúp chúng ta thêm trân trọng những hiện tượng kỳ diệu xung quanh.
Cầu vồng không chỉ là một hiện tượng quang học đẹp mắt, mà còn là một minh chứng sống động về các nguyên lý vật lý của ánh sáng, khúc xạ và phản xạ. Những dải màu trên bầu trời thực sự là kết quả của một bản giao hưởng ánh sáng và góc độ tuyệt vời, thể hiện vẻ đẹp của tự nhiên qua những nguyên tắc khoa học.
