Jeff Waldstreicher, météorologue au Service météorologique national de la NOAA, fournit cette réponse.
La lumière du soleil traversant les gouttes de pluie provoque des arcs-en-ciel via un processus appelé réfraction, qui est la flexion de la lumière lorsqu’elle passe d’un milieu à un autre., Ceci est analogue à pousser un panier au bord d’un parking: si les roues d’un côté roulent du trottoir sur une zone adjacente d’herbe, le chariot commencera à tourner vers l’herbe. En effet, les roues se déplaçant sur la chaussée sont capables de rouler plus vite que les roues sur l’herbe.
Dans le cas d’un arc-en-ciel, lorsque la lumière du soleil frappe une goutte de pluie, elle ne se déplace pas aussi vite dans l’eau que dans l’atmosphère, donc elle se plie un peu. La lumière tourne alors à nouveau comme il se déplace hors de la goutte de pluie et de nouveau dans l’air à sa vitesse d’origine., Lorsque la lumière frappe la pluie à l’angle, il est réfractée à travers une goutte de pluie et dans nos yeux, nous faisant voir un arc-en-ciel.
Mais comment la lumière du soleil » blanche » produit-elle un arc-en-ciel multicolore? La lumière du soleil, ou lumière « blanche », est en fait composée de bandes continues de lumière de différentes couleurs-rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Chaque couleur a une longueur d’onde ou une fréquence différente, qui réfracte légèrement différemment lorsqu’elle passe d’un milieu à un autre. En conséquence, la lumière blanche peut être décomposée en ses couleurs composantes en passant par un certain milieu., Par exemple, un prisme peut également créer des arcs-en-ciel parce que le verre, comme la goutte de pluie, plie les différentes couleurs de lumière à des angles légèrement différents.
Les longueurs d’onde plus longues sont pliées à des angles plus grands, de sorte que les longueurs d’onde plus longues sont pliées moins que les longueurs d’onde plus courtes. Lorsque la lumière du soleil frappe une goutte de pluie, les ondes lumineuses rouges sont pliées à un angle de 42 degrés par rapport à leur direction d’origine par rapport au soleil. Les ondes lumineuses violettes plus courtes ne sont pliées qu’à un angle de 40 degrés. Les autres fréquences lumineuses colorées sont courbées à des angles entre ces deux., C’est pourquoi nous voyons des arcs-en-ciel comme une bande continue de couleurs avec du rouge en haut et du violet en bas.
Une goutte de pluie typique est également sphérique et donc son effet sur la lumière du soleil est symétrique autour d’un axe imaginé reliant le centre de la goutte et le soleil. En raison de cette symétrie, tant que la goutte de pluie est vue le long d’une ligne de visée qui fait un angle de 40 à 42 degrés avec la direction du soleil, les différentes couleurs de lumière seront visibles., Ainsi, un arc-en-ciel est en fait un cercle centré sur le point directement opposé au soleil de l’observateur-le soi-disant point antisolaire-avec un rayon angulaire de 42 degrés.
Nous ne voyons pas réellement le cercle complet parce que la terre se met en travers. Plus le soleil est proche de l’horizon, plus nous voyons de cercle. Juste au coucher du soleil, nous verrions un demi-cercle complet d’un arc-en-ciel avec le sommet de l’arc à 42 degrés au-dessus de l’horizon. Plus le soleil est dans le ciel, moins d’un arc-en-ciel est visible au-dessus de l’horizon.