Jeff Waldstreicher, meteorólogo del Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA, proporciona esta respuesta.
La luz solar que pasa a través de las gotas de lluvia causa arco iris a través de un proceso llamado refracción, que es la flexión de la luz a medida que pasa de un medio a otro., Esto es análogo a empujar un carrito de compras en el borde de un estacionamiento: si las ruedas de un lado ruedan del pavimento hacia un área adyacente de hierba, el carrito comenzará a girar hacia la hierba. Esto se debe a que las ruedas que se mueven en el pavimento pueden rodar más rápido que las ruedas en el césped.
en el caso de un arco iris, cuando la luz del sol golpea una gota de lluvia, no se mueve tan rápido a través del agua como lo hace a través de la atmósfera, por lo que se dobla un poco. La luz vuelve a girar a medida que sale de la gota de lluvia y regresa al aire a su velocidad original., Cuando la luz golpea la lluvia en el ángulo correcto, se refracta a través de una gota de lluvia y en nuestros ojos, lo que nos hace ver un arco iris.
Pero ¿cómo produce la luz solar «blanca» un arco iris multicolor? La luz del sol, o luz» blanca», en realidad se compone de bandas continuas de luz de diferentes colores red rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Cada color tiene una longitud de onda diferente, o frecuencia, que se refracta ligeramente diferente cuando pasa de un medio a otro. Como resultado, la luz blanca se puede dividir en sus colores componentes al pasar a través de cierto medio., Por ejemplo, un prisma también puede crear arco iris porque el vidrio, como la gota de lluvia, dobla los diferentes colores de luz en ángulos ligeramente diferentes.
Las longitudes de onda más largas se doblan en ángulos más grandes, por lo que las longitudes de onda más largas se doblan menos que las longitudes de onda más cortas. Cuando la luz del sol golpea una gota de lluvia, las ondas de luz roja se doblan en un ángulo de 42 grados desde su dirección original desde el sol. Las ondas de luz violeta más cortas solo se doblan en un ángulo de 40 grados. Las otras frecuencias de luz de color se doblan en ángulos entre estos dos., Es por eso que vemos los arcoíris como una banda continua de colores con rojo en la parte superior y violeta en la parte inferior.
una gota de lluvia típica también es esférica y, por lo tanto, su efecto sobre la luz solar es simétrico sobre un eje imaginado que conecta el Centro de la gota y el sol. Debido a esta simetría, siempre y cuando la gota de lluvia se vea a lo largo de una línea de visión que hace un ángulo de 40 a 42 grados con la dirección del sol, los diversos colores de la luz serán visibles., Por lo tanto, un arco iris es en realidad un círculo centrado en el punto directamente opuesto al sol del observador with El llamado punto antisolar with con un radio angular de 42 grados.
en realidad no vemos el círculo completo porque la tierra se interpone en el camino. Cuanto más cerca está el sol del horizonte, más círculo vemos. Justo al atardecer, veríamos un semicírculo completo de un arco iris con la parte superior del arco a 42 grados sobre el horizonte. Cuanto más alto está el sol en el cielo, menos arco iris es visible sobre el horizonte.