Jeff Waldstreicher, Meteorologe beim Nationalen Wetterdienst der NOAA, gibt diese Antwort.
Sonnenlicht, das durch Regentropfen hindurchgeht, verursacht Regenbogen über einen Prozess, der als Brechung bezeichnet wird und die Biegung des Lichts beim Übergang von einem Medium zum anderen darstellt., Dies ist analog zum Schieben eines Einkaufswagens am Rand eines Parkplatzes: Wenn die Räder auf einer Seite vom Bürgersteig auf eine angrenzende Grasfläche rollen, beginnt sich der Wagen in Richtung Gras zu drehen. Dies liegt daran, dass die Räder, die sich auf dem Bürgersteig bewegen, schneller rollen können als die Räder auf dem Rasen.
Im Falle eines Regenbogens bewegt sich das Sonnenlicht, wenn es auf ein Regentropfen trifft, nicht so schnell durch das Wasser wie durch die Atmosphäre, so dass es sich ein wenig biegt. Das Licht dreht sich dann wieder, wenn es sich mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit aus dem Regentropfen in die Luft bewegt., Wenn Licht im richtigen Winkel auf den Regen trifft, wird es durch ein Regentropfen und in unsere Augen gebrochen, wodurch wir einen Regenbogen sehen.
Aber wie erzeugt das“ weiße “ Sonnenlicht einen bunten Regenbogen? Sonnenlicht oder „weißes“ Licht besteht tatsächlich aus durchgehenden Bändern mit verschiedenfarbigem Licht-Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Jede Farbe hat eine andere Wellenlänge oder Frequenz, die etwas anders bricht, wenn sie von einem Medium zum anderen übergeht. Infolgedessen kann weißes Licht in seine Komponentenfarben zerlegt werden, indem es durch ein bestimmtes Medium geleitet wird., Zum Beispiel kann ein Prisma auch Regenbogen erzeugen, da das Glas wie das Regentropfen die verschiedenen Lichtfarben in leicht unterschiedlichen Winkeln biegt.
Längere Wellenlängen werden in größeren Winkeln gebogen, so dass längere Wellenlängen weniger gebogen werden als kürzere Wellenlängen. Wenn Sonnenlicht auf ein Regentropfen trifft, werden die roten Lichtwellen in einem Winkel von 42 Grad von ihrer ursprünglichen Richtung von der Sonne gebogen. Kürzere violette Lichtwellen werden nur in einem Winkel von 40 Grad gebogen. Die anderen farbigen Lichtfrequenzen sind in Winkeln zwischen diesen beiden gebogen., Aus diesem Grund sehen wir Regenbogen als durchgehendes Farbband mit Rot oben und Violett unten.
Ein typisches Regentropfen ist ebenfalls kugelförmig und daher ist seine Wirkung auf das Sonnenlicht symmetrisch um eine imaginäre Achse, die den Mittelpunkt des Tropfens und die Sonne verbindet. Aufgrund dieser Symmetrie werden die verschiedenen Lichtfarben sichtbar, solange das Regentropfen entlang einer Sichtlinie betrachtet wird, die einen Winkel von 40 bis 42 Grad zur Richtung der Sonne ergibt., Ein Regenbogen ist also tatsächlich ein Kreis, der auf dem Punkt zentriert ist, der dem Beobachter direkt gegenüberliegt-dem sogenannten antisolaren Punkt-mit einem Winkelradius von 42 Grad.
Wir sehen eigentlich nicht den vollen Kreis, weil die Erde im Weg steht. Je näher die Sonne am Horizont ist, desto mehr des Kreises sehen wir. Direkt bei Sonnenuntergang sahen wir einen vollen Halbkreis eines Regenbogens mit der Spitze des Bogens 42 Grad über dem Horizont. Je höher die Sonne am Himmel ist, desto weniger Regenbogen ist über dem Horizont sichtbar.