Jeff Waldstreicher, un meteorologo del Servizio meteorologico nazionale del NOAA, fornisce questa risposta.
La luce solare che passa attraverso le gocce di pioggia provoca arcobaleni attraverso un processo chiamato rifrazione, che è la flessione della luce che passa da un mezzo all’altro., Questo è analagous a spingere un carrello della spesa al bordo di un parcheggio: se le ruote su un lato rotolare fuori dal marciapiede su una zona adiacente di erba, il carrello inizierà a girare verso l’erba. Questo perché le ruote che si muovono sul marciapiede sono in grado di rotolare più velocemente delle ruote sull’erba.
Nel caso di un arcobaleno, quando la luce del sole colpisce una goccia di pioggia non si muove velocemente attraverso l’acqua come fa attraverso l’atmosfera, quindi si piega un po’. La luce poi gira di nuovo mentre si muove fuori dalla goccia di pioggia e torna in aria alla sua velocità originale., Quando la luce colpisce la pioggia ad angolo retto, viene rifratta attraverso una goccia di pioggia e nei nostri occhi, facendoci vedere un arcobaleno.
Ma come fa la luce solare “bianca” a produrre un arcobaleno multicolore? La luce del sole, o luce” bianca”, è in realtà costituita da bande continue di luce colorata diversa-rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. Ogni colore ha una lunghezza d’onda o frequenza diversa, che si rifrange leggermente in modo diverso quando passa da un mezzo all’altro. Di conseguenza, la luce bianca può essere suddivisa nei suoi colori componenti passando attraverso un determinato mezzo., Ad esempio, un prisma può anche creare arcobaleni perché il vetro, come la goccia di pioggia, piega i diversi colori della luce ad angoli leggermente diversi.
Le lunghezze d’onda più lunghe sono piegate ad angoli più grandi, quindi le lunghezze d’onda più lunghe sono piegate meno delle lunghezze d’onda più corte. Quando la luce del sole colpisce una goccia di pioggia, le onde di luce rossa sono piegate con un angolo di 42 gradi dalla loro direzione originale dal sole. Le onde luminose viola più corte sono piegate solo con un angolo di 40 gradi. Le altre frequenze di luce colorata sono piegate ad angoli tra questi due., Questo è il motivo per cui vediamo gli arcobaleni come una banda continua di colori con il rosso in alto e il viola in basso.
Una tipica goccia di pioggia è anche sferica e quindi il suo effetto sulla luce solare è simmetrico rispetto a un asse immaginato che collega il centro della goccia e il sole. A causa di questa simmetria, finché la goccia di pioggia è vista lungo una linea di vista che fa un angolo di 40 a 42 gradi con la direzione del sole, i vari colori della luce saranno visibili., Quindi, un arcobaleno è in realtà un cerchio centrato sul punto direttamente opposto al sole dall’osservatore-il cosiddetto punto antisolare-con un raggio angolare di 42 gradi.
In realtà non vediamo il cerchio completo perché la terra si mette di mezzo. Più il sole è vicino all’orizzonte, più del cerchio vediamo. Proprio al tramonto, vedremmo un semicerchio pieno di un arcobaleno con la parte superiore dell’arco 42 gradi sopra l’orizzonte. Più alto è il sole nel cielo, meno di un arcobaleno è visibile sopra l’orizzonte.