Gökkuşağı

Çifte gökkuşağı ve birincil yayın iç tarafındaki süper gökkuşakları. Fotoğrafçının başının alttaki gölgesi gökkuşağı çemberinin merkezini (antisolar nokta) işaret ediyor. ⓘ

Gökkuşağı, ışığın su damlacıklarında yansıması, kırılması ve dağılması sonucu gökyüzünde bir ışık spektrumunun ortaya çıkmasına neden olan meteorolojik bir fenomendir. Çok renkli dairesel bir yay şeklini alır. Güneş ışığının neden olduğu gökkuşakları her zaman gökyüzünün Güneş'in tam karşısındaki bölümünde görülür. ⓘ

Gökkuşakları tam daire şeklinde olabilir. Ancak gözlemci normalde yalnızca yerden yüksekte ışıklı damlacıkların oluşturduğu ve Güneş'ten gözlemcinin gözüne uzanan bir çizgi üzerinde ortalanmış bir yay görür. ⓘ

Birincil gökkuşağında yayın dış kısmında kırmızı, iç kısmında ise mor renk görülür. Bu gökkuşağı, ışığın bir su damlacığına girerken kırılması, ardından damlacığın arkasından içeriye yansıması ve çıkarken tekrar kırılmasından kaynaklanır. ⓘ

Çift gökkuşağında, birincil yayın dışında ikinci bir yay görülür ve renk sırası tersine çevrilmiştir, kırmızı yayın iç tarafında yer alır. Bunun nedeni ışığın damlacıktan ayrılmadan önce damlacığın içinden iki kez yansımasıdır. ⓘ

Gökkuşağı ⓘ

Gökkuşağı, yağmur damlacıklarının doğal optik prizma özelliği ile ışığın yansımasından oluşur (Kanada'daki Jasper Millî Parkı). ⓘ

Şehir içinde bir gökkuşağı ⓘ

Genel bakış

Jasper Ulusal Parkı'nda gökkuşağının sonundan bir görüntü ⓘ

Gökkuşağı gözlemciden belirli bir uzaklıkta bulunmaz, ancak bir ışık kaynağına göre belirli bir açıdan bakıldığında su damlacıklarının neden olduğu optik bir yanılsamadan kaynaklanır. Dolayısıyla gökkuşağı bir nesne değildir ve fiziksel olarak yaklaşılamaz. Gerçekten de bir gözlemcinin, ışık kaynağının aksi yönünden 42 derecelik alışılagelmiş açı dışında herhangi bir açıda su damlacıklarından gökkuşağı görmesi imkansızdır. Bir gözlemci gökkuşağının "altında" veya "sonunda" görünen başka bir gözlemci görse bile, ikinci gözlemci ilk gözlemcinin gördüğü açıyla aynı açıda -daha uzakta- farklı bir gökkuşağı görecektir. ⓘ

Gökkuşakları kesintisiz bir renk spektrumunu kapsar. Algılanan belirgin bantlar insan renk görüşünün bir eseridir ve bir gökkuşağının siyah-beyaz fotoğrafında herhangi bir tür bant görülmez, sadece maksimuma doğru yumuşak bir yoğunluk derecesi görülür, ardından diğer tarafa doğru azalır. İnsan gözünün gördüğü renkler için en yaygın olarak atıfta bulunulan ve hatırlanan sıra Isaac Newton'un yedi katlı kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve menekşe rengidir ve Richard Of York Gave Battle In Vain (Yorklu Richard Boşuna Savaştı) anımsatmasıyla veya kurgusal bir kişinin (Roy G. Biv) adı olarak hatırlanır. Baş harfler bazen ters sırayla VIBGYOR olarak da anılır. Daha modern olarak, gökkuşağı genellikle kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, camgöbeği, mavi ve menekşe olarak ayrılır. ⓘ

Gökkuşaklarına havadaki birçok su türü neden olabilir. Bunlar arasında sadece yağmur değil, aynı zamanda sis, sprey ve havadaki çiğ de yer alır. ⓘ

Görünürlük

Bir şelalenin spreyinde gökkuşakları oluşabilir (sprey yayları olarak adlandırılır)

İskoçya'da Rannoch Moor üzerinde bir sis yayı

Dalgaların oluşturduğu spreyde gökkuşakları oluşabilir ⓘ

Gökkuşakları, havada su damlaları olduğunda ve güneş ışığı gözlemcinin arkasından düşük bir yükseklik açısıyla parladığında gözlemlenebilir. Bu nedenle gökkuşakları genellikle sabah saatlerinde batı gökyüzünde ve akşamın erken saatlerinde doğu gökyüzünde görülür. En görkemli gökkuşağı gösterileri, gökyüzünün yarısı hala yağmur bulutlarıyla karanlıkken ve gözlemci Güneş yönünde açık gökyüzüne sahip bir noktadayken gerçekleşir. Sonuç, karanlık arka planla tezat oluşturan parlak bir gökkuşağıdır. Bu tür iyi görüş koşullarında, daha büyük ama daha sönük ikincil gökkuşağı sıklıkla görülebilir. Birincil gökkuşağının yaklaşık 10° dışında, renklerin ters sıralamasıyla görünür. ⓘ

Castle Gayzer'in patlaması, Yellowstone Ulusal Parkı, sisin içinde görülen çift gökkuşağı ⓘ

Gökkuşağı etkisi genellikle şelalelerin veya çeşmelerin yakınında da görülür. Buna ek olarak, bu etki güneşli bir günde havaya su damlacıkları saçılarak yapay olarak da yaratılabilir. Nadiren ay gökkuşağı, ay gökkuşağı veya gece gökkuşağı, güçlü ay ışığının olduğu gecelerde görülebilir. İnsanların görsel renk algısı düşük ışıkta zayıf olduğundan, aykuşağı genellikle beyaz olarak algılanır. ⓘ

Bir gökkuşağının tüm yarım dairesini tek bir karede fotoğraflamak zordur, çünkü bu 84°'lik bir görüş açısı gerektirir. 35 mm'lik bir fotoğraf makinesi için odak uzaklığı 19 mm veya daha az olan geniş açılı bir objektif gerekir. Artık birkaç görüntüyü bir panorama halinde birleştirmek için yazılım mevcut olduğundan, tüm yayın ve hatta ikincil yayların görüntüleri bir dizi üst üste binen kareden oldukça kolay bir şekilde oluşturulabilir. ⓘ

Uçakta olduğu gibi Dünya'nın üstünden bakıldığında bazen bir gökkuşağını tam bir daire şeklinde görmek mümkündür. Bu fenomen zafer fenomeni ile karıştırılabilir, ancak zafer genellikle çok daha küçüktür ve sadece 5-20°'lik bir alanı kaplar. ⓘ

Birincil gökkuşağının içindeki gökyüzü, yayın dışındaki gökyüzünden daha parlaktır. Bunun nedeni her yağmur damlasının bir küre olması ve ışığı gökyüzündeki dairesel bir diskin tamamına saçmasıdır. Diskin yarıçapı ışığın dalga boyuna bağlıdır, kırmızı ışık mavi ışığa göre daha büyük bir açıyla saçılır. Diskin büyük bir kısmında, tüm dalga boylarında saçılan ışık üst üste biner ve gökyüzünü aydınlatan beyaz ışık ortaya çıkar. Kenarlarda, saçılmanın dalga boyuna bağlı olması gökkuşağının ortaya çıkmasına neden olur. ⓘ

Birincil gökkuşağı yayının ışığı kemere teğet olarak %96 oranında polarize olur. İkinci yayın ışığı %90 oranında polarize olur. ⓘ

Bir spektrumdaki veya gökkuşağındaki renklerin sayısı

Bir cam prizma ve bir nokta kaynak kullanılarak elde edilen bir spektrum, bantları olmayan dalga boylarının bir sürekliliğidir. İnsan gözünün bir spektrumda ayırt edebildiği renklerin sayısı 100 civarındadır. Buna göre, Munsell renk sistemi (insan görsel algısı için eşit adımlara dayanan, renkleri sayısal olarak tanımlayan bir 20. yüzyıl sistemi) 100 tonu ayırt eder. Ana renklerin görünürdeki ayrıklığı insan algısının bir eseridir ve ana renklerin tam sayısı biraz keyfi bir seçimdir. ⓘ

Gözlerinin renkleri ayırt etmede çok kritik olmadığını kabul eden Newton, başlangıçta (1672) spektrumu beş ana renge ayırmıştır: kırmızı, sarı, yeşil, mavi ve mor. Daha sonra turuncu ve çivit rengini de dahil ederek, müzikal skaladaki nota sayısına benzer şekilde yedi ana renk elde etmiştir. Newton görünür spektrumu yedi renge bölmeyi, renkler, müzik notaları, Güneş Sistemi'ndeki bilinen nesneler ve haftanın günleri arasında bir bağlantı olduğunu düşünen antik Yunan sofistlerinin inançlarından türetilen bir inançla seçti. Akademisyenler, Newton'un o zamanlar "mavi" olarak gördüğü rengin bugün camgöbeği olarak kabul edileceğini ve Newton'un "çivit" olarak adlandırdığı rengin de bugün mavi olarak kabul edileceğini belirtmişlerdir. ⓘ

Gökkuşağı (orta: gerçek, alt: hesaplanmış) gerçek spektrumla (üst) karşılaştırıldığında: doymamış renkler ve farklı renk profili ⓘ

Newton'un ilk renkleri	Kırmızı		Sarı	Yeşil	Mavi		Menekşe ⓘ
Newton'un sonraki renkleri	Kırmızı	Turuncu	Sarı	Yeşil	Mavi	Indigo	Menekşe
Modern renkler	Kırmızı	Turuncu	Sarı	Yeşil	Cyan	Mavi	Menekşe

Gökkuşağının renk deseni spektrumdan farklıdır ve renkler daha az doygundur. Herhangi bir dalga boyu için tek bir değişmez açı yerine çıkış açılarının bir dağılımı olduğu gerçeğinden dolayı gökkuşağında spektral bulaşma vardır. Buna ek olarak, gökkuşağı noktasal bir kaynaktan elde edilen yayın bulanık bir versiyonudur, çünkü güneşin disk çapı (0,5°) gökkuşağının genişliğine (2°) kıyasla ihmal edilemez. İlk tamamlayıcı gökkuşağının daha fazla kırmızısı birincil gökkuşağının menekşesiyle örtüşür, bu nedenle nihai renk spektral menekşenin bir çeşidi olmaktan ziyade aslında bir mordur. Bu nedenle bir gökkuşağının renk bantlarının sayısı, özellikle damlacıklar özellikle büyük veya küçükse, bir spektrumdaki bant sayısından farklı olabilir. Bu nedenle gökkuşağının renk sayısı değişkendir. Bununla birlikte, gökkuşağı kelimesi yanlışlıkla spektrum anlamında kullanılıyorsa, spektrumdaki ana renklerin sayısıdır. ⓘ

Herkesin bir gökkuşağında yedi renk görüp görmediği sorusu dilsel görelilik fikriyle ilgilidir. Gökkuşağının algılanma biçiminde bir evrensellik olduğuna dair öneriler yapılmıştır. Ancak daha yeni araştırmalar, gözlemlenen farklı renklerin sayısının ve bunlara ne ad verildiğinin kişinin kullandığı dile bağlı olduğunu, dilinde daha az renk kelimesi olan kişilerin daha az ayrı renk bandı gördüğünü ortaya koymaktadır. ⓘ

Açıklama

Işık ışınları bir yağmur damlasına tek bir yönden (tipik olarak Güneş'ten düz bir çizgi) girer, yağmur damlasının arkasından yansır ve yağmur damlasını terk ederken yayılır. Gökkuşağını terk eden ışık, 40,89-42° açılarında maksimum yoğunlukta olmak üzere geniş bir açıya yayılır. (Not: Işığın geliş açısına bağlı olarak, karşılaşılan üç yüzeyin her birinde ışığın %2 ila %100'ü yansıtılır. Bu diyagram sadece gökkuşağı ile ilgili yolları göstermektedir).

Beyaz ışık, dağılma nedeniyle yağmur damlasına girerken farklı renklere ayrılır ve kırmızı ışığın mavi ışıktan daha az kırılmasına neden olur.

Güneş ışığı bir yağmur damlasıyla karşılaştığında, ışığın bir kısmı yansır ve geri kalanı yağmur damlasının içine girer. Işık yağmur damlasının yüzeyinde kırılır. Bu ışık yağmur damlasının arkasına çarptığında, bir kısmı arkadan yansır. İçten yansıyan ışık tekrar yüzeye ulaştığında, bir kez daha bir kısmı içten yansır ve bir kısmı da damladan çıkarken kırılır. (Damladan yansıyan, arkadan çıkan veya yüzeyle ikinci karşılaşmadan sonra damlanın içinde zıplamaya devam eden ışık, birincil gökkuşağının oluşumuyla ilgili değildir). Genel etki, gelen ışığın bir kısmının 0° ila 42° aralığında, en yoğun ışık 42°'de olmak üzere geri yansıtılmasıdır. Bu açı damlanın boyutundan bağımsızdır, ancak kırılma indisine bağlıdır. Deniz suyu yağmur suyundan daha yüksek bir kırılma indisine sahiptir, bu nedenle deniz spreyindeki "gökkuşağının" yarıçapı gerçek bir gökkuşağından daha küçüktür. Bu durum çıplak gözle bu yayların yanlış hizalanmasıyla görülebilir. ⓘ

Geri dönen ışığın yaklaşık 42°'de en yoğun olmasının nedeni, bunun bir dönüm noktası olmasıdır - damlanın en dış halkasına çarpan ışık 42°'den daha az bir açıyla geri döner, tıpkı damlanın merkezine daha yakın bir yere çarpan ışık gibi. Tam 42° civarında geri dönen dairesel bir ışık bandı vardır. Eğer Güneş paralel, tek renkli ışınlar yayan bir lazer olsaydı, yayın parlaklığı (parlaklık) bu açıda sonsuza doğru eğilim gösterirdi (girişim etkileri göz ardı edilirse). (Bkz. Kostik (optik).) Ancak Güneş'in parlaklığı sonlu olduğundan ve ışınlarının hepsi paralel olmadığından (gökyüzünün yaklaşık yarım derecesini kaplar) parlaklık sonsuza gitmez. Dahası, ışığın kırılma miktarı dalga boyuna ve dolayısıyla rengine bağlıdır. Bu etkiye dağılma denir. Mavi ışık (daha kısa dalga boylu) kırmızı ışıktan daha büyük bir açıyla kırılır, ancak ışık ışınlarının damlacığın arkasından yansıması nedeniyle, mavi ışık damlacıktan orijinal gelen beyaz ışık ışınına kırmızı ışıktan daha küçük bir açıyla çıkar. Bu açı nedeniyle, birincil gökkuşağı yayının iç kısmında mavi, dış kısmında ise kırmızı görülür. Bunun sonucu sadece gökkuşağının farklı kısımlarına farklı renkler vermekle kalmaz, aynı zamanda parlaklığı da azaltır. (Dağılmayan bir sıvının damlacıklarından oluşan bir "gökkuşağı" beyaz olacaktır, ancak normal bir gökkuşağından daha parlak olacaktır). ⓘ

Yağmur damlasının arkasındaki ışık tam bir iç yansımaya uğramaz ve arkadan bir miktar ışık çıkar. Ancak yağmur damlasının arkasından çıkan ışık gözlemci ile Güneş arasında bir gökkuşağı oluşturmaz çünkü yağmur damlasının arkasından yayılan spektrumlar diğer görünür gökkuşaklarında olduğu gibi maksimum yoğunluğa sahip değildir ve bu nedenle renkler bir gökkuşağı oluşturmak yerine birbirine karışır. ⓘ

Gökkuşağı belirli bir yerde bulunmaz. Birçok gökkuşağı vardır; ancak gözlemcinin bakış açısına bağlı olarak sadece bir tanesi güneş tarafından aydınlatılan ışık damlacıkları olarak görülebilir. Tüm yağmur damlaları güneş ışığını aynı şekilde kırar ve yansıtır, ancak sadece bazı yağmur damlalarından gelen ışık gözlemcinin gözüne ulaşır. Bu ışık, o gözlemci için gökkuşağını oluşturan şeydir. Güneş ışınları, gözlemcinin kafası ve (küresel) su damlalarından oluşan tüm sistem, gözlemcinin kafasından geçen ve Güneş ışınlarına paralel olan eksen etrafında eksenel bir simetriye sahiptir. Gökkuşağı kavislidir çünkü gözlemci, damla ve Güneş arasında doğru açıya sahip olan tüm yağmur damlaları kümesi, gözlemci uçta olacak şekilde Güneş'e dönük bir koni üzerinde yer alır. Koninin tabanı, gözlemcinin başı ile gölgesi arasındaki çizgiye 40-42°'lik bir açıyla bir daire oluşturur, ancak gözlemci, örneğin bir uçakta (aşağıya bakınız) hepsini görebilecek kadar dünya yüzeyinin üzerinde değilse, dairenin %50'si veya daha fazlası ufkun altındadır. Alternatif olarak, doğru bakış açısına sahip bir gözlemci, bir çeşme veya şelale spreyinde dairenin tamamını görebilir. ⓘ

Matematiksel türetme

Matematiksel türetme ⓘ

Gökkuşağının algılanan açısını aşağıdaki gibi belirlemek mümkündür. ⓘ

Küresel bir yağmur damlası düşünüldüğünde ve gökkuşağının algılanan açısı 2φ ve iç yansıma açısı 2β olarak tanımlandığında, Güneş ışınlarının damlanın yüzey normaline göre geliş açısı 2β - φ'dir. Kırılma açısı β olduğuna göre, Snell yasası bize şunu verir

sin(2β - φ) = n sin β,

Burada n = 1.333 suyun kırılma indisidir. φ için çözdüğümüzde şunları elde ederiz

φ = 2β - arcsin(n sin β). ⓘ

Gökkuşağı, φ açısının β açısına göre maksimum olduğu yerde oluşacaktır. Bu nedenle, kalkülüsten, dφ/dβ = 0 olarak ayarlayabilir ve β için çözebiliriz, bu da şunu verir

$\beta _{\text{max}}=\arccos \left({\frac {2{\sqrt {-1+n^{2}}}}{{\sqrt {3}}n}}\right)\approx 40.2^{\circ }$.

Daha önceki φ denkleminde yerine koyulduğunda gökkuşağının yarıçap açısı olarak 2φ_max ≈ 42° elde edilir. ⓘ

Kırmızı ışık için (dalga boyu 750nm, n = 1,330 suyun dağılım ilişkisine göre) yarıçap açısı 42,5°'dir; mavi ışık için (dalga boyu 350nm, n = 1,343) yarıçap açısı 40,6°'dir. ⓘ

Varyasyonlar

Çifte gökkuşağı

Birincil ve ikincil yaylar arasında Alexander'ın bandı görülebilen çift gökkuşağı. Ayrıca birincil yayın içindeki belirgin süpernümerik yaylara da dikkat edin. ⓘ

Birincil gökkuşağı "ikizlenmiştir". ⓘ

Birincil ve ikincil gökkuşağının fiziği ve Alexander'ın karanlık bandı (Resimdeki güneş görüntüsü sadece gelenekseldir; tüm ışınlar gökkuşağının konisinin eksenine paraleldir) ⓘ

Birincil gökkuşağından daha büyük bir açıda olan ikincil bir gökkuşağı genellikle görülebilir. Çift gökkuşağı terimi, hem birincil hem de ikincil gökkuşakları görülebildiğinde kullanılır. Teoride, tüm gökkuşakları çift gökkuşağıdır, ancak ikincil yay her zaman birincil yaydan daha soluk olduğundan, pratikte tespit edilemeyecek kadar zayıf olabilir. ⓘ

İkincil gökkuşakları güneş ışığının su damlacıkları içinde çifte yansımasından kaynaklanır. Teknik olarak ikincil yay güneşin kendisini merkez alır, ancak açısal boyutu 90°'den fazla olduğu için (mor için yaklaşık 127° ile kırmızı için 130°), gökyüzünün birincil gökkuşağı ile aynı tarafında, 50-53°'lik görünür bir açıyla yaklaşık 10° dışında görülür. İkincil yayın "içinin" gözlemciye göre "yukarıda" olmasının bir sonucu olarak, renkler birincil yayınkilere kıyasla ters görünür. ⓘ

İkincil gökkuşağı birincil gökkuşağından daha sönüktür çünkü bir yansımaya kıyasla iki yansımadan daha fazla ışık kaçar ve gökkuşağının kendisi gökyüzünde daha geniş bir alana yayılır. Her gökkuşağı kendi renkli bantları içinde beyaz ışık yansıtır, ancak bu birincil için "aşağı", ikincil için "yukarı "dır. Birincil ve ikincil yaylar arasında kalan ışıksız gökyüzünün karanlık alanına, bunu ilk kez tanımlayan Afrodisiaslı İskender'e atfen İskender'in bandı denir. ⓘ

İkiz gökkuşağı

İki ayrı ve eş merkezli gökkuşağı yayından oluşan çift gökkuşağının aksine, çok nadir görülen ikiz gökkuşağı tek bir tabandan ayrılan iki gökkuşağı yayı olarak görünür. İkinci yaydaki renkler, ikincil gökkuşağında olduğu gibi tersine dönmek yerine, birincil gökkuşağıyla aynı sırada görünür. "Normal" bir ikincil gökkuşağı da mevcut olabilir. İkiz gökkuşakları süpernümerik bantlara benzeyebilir, ancak bunlarla karıştırılmamalıdır. Bu iki fenomen renk profillerindeki farklılıklardan ayırt edilebilir: süpernümerik bantlar bastırılmış pastel tonlardan (çoğunlukla pembe, mor ve yeşil) oluşurken, ikiz gökkuşağı normal bir gökkuşağı ile aynı spektrumu gösterir. İkiz gökkuşağının nedeninin gökyüzünden düşen farklı boyutlardaki su damlalarının birleşimi olduğuna inanılmaktadır. Hava direnci nedeniyle yağmur damlaları düşerken düzleşir ve düzleşme daha büyük su damlalarında daha belirgindir. Farklı boyutlarda yağmur damlalarına sahip iki yağmur yağışı birleştiğinde, her biri biraz farklı gökkuşakları üretir ve bunlar birleşerek ikiz gökkuşağı oluşturabilir. Sayısal bir ışın izleme çalışması, bir fotoğraftaki ikiz gökkuşağının 0,40 ve 0,45 mm'lik damlacıkların karışımıyla açıklanabileceğini göstermiştir. Damlacık boyutundaki bu küçük fark, damlacık şeklinin düzleşmesinde küçük bir farka ve gökkuşağı tepesinin düzleşmesinde büyük bir farka neden olmuştur. ⓘ

Dairesel gökkuşağı ⓘ

Bu arada, daha da nadir görülen bir durum olan üç kola ayrılmış gökkuşağı doğada gözlemlenmiş ve fotoğraflanmıştır. ⓘ

Tam daire gökkuşağı

Teorik olarak her gökkuşağı bir dairedir, ancak yerden bakıldığında genellikle sadece üst yarısı görülebilir. Gökkuşağının merkezi Güneş'in gökyüzündeki konumuyla taban tabana zıt olduğundan, Güneş ufka yaklaştıkça dairenin daha büyük bir kısmı görünür hale gelir, yani dairenin normalde görülen en büyük kısmı gün batımı veya gün doğumu sırasında yaklaşık %50'dir. Gökkuşağının alt yarısının görülebilmesi için gözlemcinin ufkunun altında su damlacıklarının bulunması ve güneş ışığının bu damlacıklara ulaşabilmesi gerekir. İzleyici yer seviyesindeyken bu gereklilikler genellikle karşılanmaz, çünkü ya gerekli konumda damlacıklar yoktur ya da güneş ışığı gözlemcinin arkasındaki manzara tarafından engellenir. Ancak yüksek bir bina ya da uçak gibi yüksek bir noktadan bakıldığında gereklilikler karşılanabilir ve tam daire gökkuşağı görülebilir. Kısmi gökkuşağında olduğu gibi, dairesel gökkuşağında da ikincil bir yay veya süper sayısal yaylar olabilir. Yerde dururken, örneğin güneşten uzağa bakarken bir bahçe hortumundan su sisi püskürterek tam daire oluşturmak mümkündür. ⓘ

Dairesel bir gökkuşağı, çapı çok daha küçük olan ve farklı optik süreçlerle yaratılan zaferle karıştırılmamalıdır. Doğru koşullarda, zafer ve (dairesel) gökkuşağı veya sis yayı birlikte oluşabilir. "Dairesel gökkuşağı" ile karıştırılabilecek bir başka atmosferik fenomen de 22° halesidir; bu halenin nedeni sıvı su damlacıkları değil buz kristalleridir ve Güneş'in (ya da Ay'ın) karşısında değil etrafında yer alır. ⓘ

Süpernümerik gökkuşakları

Birincil yayın içinde ek süper bantlar içeren bir gökkuşağının yüksek dinamik aralıklı fotoğrafı ⓘ

Bazı durumlarda, bir gökkuşağının mor kenarını çevreleyen bir veya birkaç dar, soluk renkli bant görülebilir; yani, birincil yayın içinde veya çok daha nadiren ikincil yayın dışında. Bu ekstra bantlara süpernümerary gökkuşağı veya süpernümerary bantlar denir; gökkuşağının kendisiyle birlikte bu fenomen istifleyici gökkuşağı olarak da bilinir. Süpernümerer yaylar ana yaydan hafifçe ayrılır, ona olan uzaklıklarıyla birlikte giderek daha soluklaşır ve normal spektrum deseninden ziyade pastel renklere (çoğunlukla pembe, mor ve yeşil tonlardan oluşan) sahiptir. Bu etki, çapı yaklaşık 1 mm veya daha az olan su damlacıkları söz konusu olduğunda belirginleşir; damlacıklar ne kadar küçükse, süpernümerik bantlar o kadar genişler ve renkleri o kadar az doygun olur. Küçük damlacıklardan kaynaklanmaları nedeniyle, süpernümerik bantlar özellikle sis bulutlarında belirgin olma eğilimindedir. ⓘ

Süpernümerik gökkuşakları klasik geometrik optik kullanılarak açıklanamaz. Değişen soluk bantlar, yağmur damlaları içinde biraz farklı uzunluklarda biraz farklı yollar izleyen ışık ışınları arasındaki girişimden kaynaklanır. Bazı ışınlar aynı fazdadır, yapıcı girişim yoluyla birbirlerini güçlendirerek parlak bir bant oluştururlar; diğerleri ise yarım dalga boyuna kadar faz dışındadır, yıkıcı girişim yoluyla birbirlerini iptal ederler ve bir boşluk oluştururlar. Farklı renklerdeki ışınlar için farklı kırılma açıları göz önüne alındığında, farklı renkteki ışınlar için girişim modelleri biraz farklıdır, bu nedenle her parlak bant renk olarak farklılaşarak minyatür bir gökkuşağı oluşturur. Süpernümerik gökkuşakları, yağmur damlaları küçük ve tek tip boyutta olduğunda en net halini alır. Süpernümerik gökkuşaklarının varlığı tarihsel olarak ışığın dalga doğasının ilk göstergesidir ve ilk açıklama 1804 yılında Thomas Young tarafından yapılmıştır. ⓘ

Yansıyan gökkuşağı, yansıma gökkuşağı

Yansıyan gökkuşağı ⓘ

Gün batımında yansıma gökkuşağı (üstte) ve normal gökkuşağı (altta) ⓘ

Bir su kütlesinin üzerinde gökkuşağı belirdiğinde, farklı ışık yollarından kaynaklanan, birbirini tamamlayan iki ayna yayı ufkun altında ve üstünde görülebilir. Bunların isimleri biraz farklıdır. ⓘ

Ufkun altındaki su yüzeyinde yansıyan bir gökkuşağı görülebilir. Güneş ışığı önce yağmur damlaları tarafından saptırılır ve ardından gözlemciye ulaşmadan önce su kütlesinden yansır. Yansıyan gökkuşağı genellikle küçük su birikintilerinde bile en azından kısmen görülebilir. ⓘ

Yansıma gökkuşağı, güneş ışığının yağmur damlalarına ulaşmadan önce bir su kütlesinden yansıdığı durumlarda, su kütlesi büyükse, tüm yüzeyi boyunca sessizse ve yağmur perdesine yakınsa oluşabilir. Yansıma gökkuşağı ufkun üzerinde görünür. Ufukta normal gökkuşağıyla kesişir ve yayı gökyüzünde daha yükseklere ulaşır, merkezi normal gökkuşağının merkezinin altında olduğu kadar ufkun üzerindedir. Yansıma yayları genellikle güneş alçakken en parlak halini alır çünkü o sırada güneşin ışığı su yüzeylerinden en güçlü şekilde yansır. Güneş alçaldıkça normal ve yansıma yayları birbirine yaklaşır. Gerekliliklerin bir araya gelmesi nedeniyle yansıma gökkuşağı nadiren görülebilir. ⓘ

Yansıyan ve yansıma gökkuşakları aynı anda meydana gelirse sekiz ayrı yay ayırt edilebilir: Ufkun üstündeki normal (yansımasız) birincil ve ikincil yaylar (1, 2) ve bunların altındaki yansımalı karşılıkları (3, 4) ve ufkun üstündeki yansımalı birincil ve ikincil yaylar (5, 6) ve bunların altındaki yansımalı karşılıkları (7, 8). ⓘ

Tek renkli gökkuşağı

Kırmızı (tek renkli) bir gökkuşağının geliştirilmemiş fotoğrafı ⓘ

Bazen gün doğumu veya gün batımında, mavi ve yeşil gibi daha kısa dalga boylarının saçıldığı ve esasen spektrumdan çıkarıldığı bir yağmur meydana gelebilir. Yağmur nedeniyle daha fazla saçılma meydana gelebilir ve sonuç nadir ve dramatik tek renkli veya kırmızı gökkuşağı olabilir. ⓘ

Yüksek dereceli gökkuşakları

Yaygın olarak görülen birincil ve ikincil gökkuşaklarına ek olarak, daha yüksek mertebelerde gökkuşaklarının oluşması da mümkündür. Bir gökkuşağının mertebesi, onu oluşturan su damlacıklarının içindeki ışık yansımalarının sayısına göre belirlenir: Bir yansıma birinci dereceden ya da birincil gökkuşağını; iki yansıma ise ikinci dereceden ya da ikincil gökkuşağını oluşturur. Daha fazla iç yansıma, teorik olarak sonsuza kadar daha yüksek mertebelerde yaylara neden olur. Ancak her iç yansımada daha fazla ışık kaybedildiğinden, sonraki her yay giderek daha sönük hale gelir ve bu nedenle fark edilmesi giderek zorlaşır. Üçüncü dereceden (veya üçüncül) ve dördüncü dereceden (dördüncül) gökkuşaklarını gözlemlemenin bir diğer zorluğu da güneş yönünde (sırasıyla güneşten yaklaşık 40° ve 45° uzaklıkta) bulunmaları ve bu nedenle güneşin parıltısı içinde boğulmalarıdır. ⓘ

Bu nedenlerden dolayı, 2'den daha yüksek mertebeden doğal olarak oluşan gökkuşakları çıplak gözle nadiren görülebilir. Bununla birlikte, doğada üçüncü dereceden yay görüldüğü rapor edilmiş ve 2011 yılında ilk kez kesin olarak fotoğraflanmıştır. Kısa bir süre sonra dördüncü dereceden gökkuşağı da fotoğraflandı ve 2014 yılında beşinci dereceden (veya dörtlü) gökkuşağının ilk fotoğrafları yayınlandı. İkinci dereceden gökkuşağı kısmen birincil ve ikincil gökkuşakları arasındaki boşlukta yer alır ve ikincil gökkuşağından bile çok daha sönüktür. Laboratuvar ortamında çok daha yüksek mertebelerde gökkuşakları yaratmak mümkündür. Felix Billet (1808-1882) 19. dereceden gökkuşağına kadar olan açısal konumları tasvir etmiş ve buna "gökkuşağı gülü" adını vermiştir. Laboratuvarda, lazerler tarafından üretilen son derece parlak ve iyi kolime edilmiş ışık kullanılarak daha yüksek dereceli gökkuşaklarını gözlemlemek mümkündür. Ng ve arkadaşları tarafından 1998 yılında benzer bir yöntemle ancak argon iyon lazer ışını kullanılarak 200. dereceye kadar gökkuşağı rapor edilmiştir. ⓘ

Üçüncül ve dördüncül gökkuşakları "üçlü" ve "dörtlü" gökkuşakları ile karıştırılmamalıdır - bazen yanlışlıkla çok daha yaygın olan süpernümerik gökkuşakları ve yansıma gökkuşaklarını ifade etmek için kullanılan terimler. ⓘ

Ay ışığı altında gökkuşakları

Aşağı Yosemite Şelalesi'nde sprey moonbow ⓘ

Atmosferik optik fenomenlerin çoğunda olduğu gibi gökkuşaklarına da Güneş'ten gelen ışığın yanı sıra Ay'dan gelen ışık da neden olabilir. İkinci durumda gökkuşağı ay gökkuşağı ya da ay gökkuşağı olarak adlandırılır. Güneş gökkuşaklarından çok daha sönük ve nadirdirler, görülebilmeleri için Ay'ın doluya yakın olması gerekir. Aynı nedenden dolayı, ay gökkuşakları genellikle beyaz olarak algılanır ve tek renkli olarak düşünülebilir. Bununla birlikte, tam spektrum mevcuttur, ancak insan gözü normalde renkleri görecek kadar hassas değildir. Uzun pozlamalı fotoğraflar bazen bu tür gökkuşağındaki renkleri gösterecektir. ⓘ

Sis gökkuşağı

Sis kuşağı ve zafer. ⓘ

Sis kuşakları gökkuşaklarıyla aynı şekilde oluşur, ancak ışığı yoğun bir şekilde kıran çok daha küçük bulut ve sis damlacıkları tarafından oluşturulurlar. Neredeyse beyazdırlar, dış kısımlarında soluk kırmızılar ve iç kısımlarında maviler vardır; genellikle iç kenarda bir veya daha fazla geniş süpernümerik bant ayırt edilebilir. Renkler soluktur çünkü her renkteki yay çok geniştir ve renkler üst üste biner. Sis bulutları genellikle soğuk suyla temas eden hava soğuduğunda su üzerinde görülür, ancak sis güneşin parlaması için yeterince inceyse ve güneş oldukça parlaksa her yerde bulunabilirler. Çok büyüktürler - neredeyse bir gökkuşağı kadar büyük ve çok daha geniştirler. Bazen yayın ortasında bir zaferle birlikte görünürler. ⓘ

Sis yayları, dünya çapında çok yaygın olan ve gökkuşaklarından (herhangi bir sırada) çok daha sık görülebilen, ancak gökkuşaklarıyla ilgisi olmayan buz haleleriyle karıştırılmamalıdır. ⓘ

Sleetbow

Valparaiso, Indiana'da 7 Ocak 2016'da sabahın erken saatlerinde yakalanan tek renkli sulu kar gökkuşağı.

Karla karışık yağmur, tipik bir gökkuşağı ile aynı şekilde oluşur; tek farkı, ışığın sıvı su yerine düşen karla karışık yağmurdan (buz topakları) geçmesiyle meydana gelmesidir. Işık karla karışık yağmurdan geçerken kırılarak bu nadir fenomene neden olur. Bunlar Amerika Birleşik Devletleri genelinde belgelenmiş olup, kamuya açık olarak belgelenen ve fotoğraflanan en erken gökkuşağı 21 Aralık 2012 tarihinde Richmond, Virginia'da görülmüştür. Tıpkı normal gökkuşakları gibi bunlar da çeşitli şekillerde ortaya çıkabilir. 7 Ocak 2016'da Valparaiso, Indiana'da tek renkli bir gökkuşağı belgelenmiştir. ⓘ

Çevresel yatay ve çevresel zenithal yaylar

Çevrelenmiş bir halenin altında, çevreleyen yatay bir yay (altta) ⓘ

Circumzenithal ark ⓘ

Çevresel ve çevresel yatay yaylar, görünüş olarak gökkuşağına benzeyen birbiriyle ilişkili iki optik fenomendir, ancak ikincisinden farklı olarak, kökenleri sıvı su damlacıkları yerine altıgen buz kristalleri yoluyla ışık kırılmasına dayanır. Bu da onların gökkuşağı değil, geniş haleler ailesinin üyeleri olduğu anlamına gelir. ⓘ

Her iki yay da zenit üzerinde merkezlenmiş parlak renkli halka parçalarıdır, ancak gökyüzünde farklı konumlarda bulunurlar: Çevresel zenit yayı belirgin bir şekilde kavislidir ve dışbükey tarafı aşağıya bakacak şekilde Güneş'in (veya Ay'ın) üzerinde yer alır ("baş aşağı gökkuşağı" izlenimi yaratır); çevresel yatay yay ufka çok daha yakındır, daha düzdür ve Güneş'in (veya Ay'ın) altında önemli bir mesafede yer alır. Her iki yayın da kırmızı tarafı Güneş'e doğru, mor kısmı ise Güneş'ten uzağa bakar, yani çevresel yatay yay üstte kırmızı iken çevresel yatay yay altta kırmızıdır. ⓘ

Çevresel yatay yay bazen "ateş gökkuşağı" gibi yanlış bir isimle anılır. Bu gökkuşağını görebilmek için Güneş ya da Ay'ın ufkun en az 58° üzerinde olması gerekir, bu da yüksek enlemlerde nadiren görülmesine neden olur. Yalnızca 32°'den daha az bir Güneş veya Ay yüksekliğinde görülebilen sirkumzenithal yay çok daha yaygındır, ancak neredeyse doğrudan tepede meydana geldiği için genellikle gözden kaçar. ⓘ

Dünya dışı gökkuşakları

Islak bir yüzeye ve nemli bulutlara sahip olduğu için Satürn'ün uydusu Titan'da gökkuşağının var olabileceği öne sürülmüştür. Titan gökkuşağının yarıçapı 42° yerine yaklaşık 49° olacaktır, çünkü bu soğuk ortamdaki sıvı su yerine metandır. Titan'ın puslu gökyüzü nedeniyle görünür gökkuşakları nadir olsa da, kızılötesi gökkuşakları daha yaygın olabilir, ancak bir gözlemcinin bunları görebilmesi için kızılötesi gece görüş gözlüklerine ihtiyacı olacaktır. ⓘ

Farklı malzemelerle gökkuşakları

Su (solda) ve şeker çözeltisinden (sağda) oluşan birinci dereceden bir gökkuşağı. ⓘ

Sade sudan farklı kırılma indislerine sahip malzemelerden oluşan damlacıklar (veya küreler) farklı yarıçap açılarına sahip gökkuşakları üretir. Tuzlu su daha yüksek bir kırılma indisine sahip olduğundan, deniz spreyi yayı aynı noktada görüldüğünde normal gökkuşağı ile mükemmel bir şekilde hizalanmaz. Küçük plastik veya cam bilyeler, geceleri sürücüler tarafından görünürlüğünü artırmak için reflektör olarak yol işaretlemelerinde kullanılabilir. Çok daha yüksek kırılma indisi nedeniyle, bu tür bilyelerde gözlemlenen gökkuşakları belirgin şekilde daha küçük bir yarıçapa sahiptir. Fotoğrafta gösterildiği gibi, farklı kırılma indislerine sahip sıvılar havaya serpilerek bu tür fenomenler kolayca yeniden üretilebilir. ⓘ

Farklı kırılma indisleri nedeniyle gökkuşağının yer değiştirmesi tuhaf bir sınıra itilebilir. Kırılma indisi 2'den büyük olan bir malzeme için, birinci dereceden gökkuşağı için gereklilikleri karşılayan bir açı yoktur. Örneğin, elmasın kırılma indisi yaklaşık 2.4'tür, bu nedenle elmas küreler birinci dereceyi atlayarak ikinci dereceden başlayarak gökkuşağı üretecektir. Genel olarak, kırılma indisi bir n+1 sayısını aştığında, burada n doğal bir sayıdır, n kez içten yansıyan ışınlar için kritik geliş açısı etki alanından kaçar $[0,{\frac {\pi }{2}}]$. Bu da n'inci dereceden bir gökkuşağının antisolar noktaya kadar küçülüp yok olmasıyla sonuçlanır. ⓘ

Tokyo'da bir gökkuşağı, 2021 ⓘ

Bilimsel tarih

Klasik Yunan bilgini Aristoteles (MÖ 384-322) gökkuşağına ilk ciddi ilgiyi gösteren kişidir. Raymond L. Lee ve Alistair B. Fraser'a göre, "Birçok kusuruna ve Pisagor numerolojisine başvurmasına rağmen, Aristoteles'in niteliksel açıklaması yüzyıllar boyunca eşi benzeri olmayan bir yaratıcılık ve göreceli tutarlılık göstermiştir. Aristoteles'in ölümünden sonra, gökkuşağı teorisinin büyük bir kısmı onun çalışmalarına tepkiden ibaretti, ancak bunların hepsi eleştirel değildi." ⓘ

Naturales Quaestiones'in (MS 65 civarı) I. Kitabında Romalı filozof Genç Seneca, Aristoteles'inkiler de dahil olmak üzere gökkuşağının oluşumuyla ilgili çeşitli teorileri kapsamlı bir şekilde tartışır. Gökkuşaklarının her zaman Güneş'in karşısında göründüğünü, bir kürekçinin püskürttüğü suda, bir dolgucunun mandallara gerilmiş giysilere sıçrattığı suda ya da patlamış bir borudaki küçük bir delikten püskürtülen suda ortaya çıktığını fark eder. Hatta Newton'un prizmalarla ilgili deneyimlerini öngörerek, küçük cam çubuklar (virgulae) tarafından üretilen gökkuşaklarından bile bahseder. İki teoriyi dikkate alır: biri, gökkuşağının her bir su damlasında yansıyan Güneş tarafından üretildiği, diğeri ise içbükey bir ayna gibi şekillendirilmiş bir bulutta yansıyan Güneş tarafından üretildiği; ikincisini tercih eder. Ayrıca gökkuşağı ile ilgili diğer fenomenleri de tartışır: gizemli "virgae" (çubuklar), haleler ve parhelia. ⓘ

Hüseyin Gazi Topdemir'e göre, Arap fizikçi ve polimat İbn el-Heysem (Alhazen; 965-1039) gökkuşağı fenomenine bilimsel bir açıklama getirmeye çalışmıştır. Maqala fi al-Hala wa Qaws Quzah (Gökkuşağı ve Halo Üzerine) adlı eserinde el-Heysem "gökkuşağının oluşumunu içbükey bir aynada oluşan bir görüntü olarak açıklamıştır. Daha uzaktaki bir ışık kaynağından gelen ışık ışınları, içbükey aynanın ekseni üzerindeki herhangi bir noktaya yansırsa, o noktada eşmerkezli daireler oluştururlar. Güneşi daha uzaktaki bir ışık kaynağı, bakanın gözünü aynanın ekseni üzerindeki bir nokta ve bir bulutu da yansıtan yüzey olarak kabul ettiğimizde, eksen üzerinde eşmerkezli dairelerin oluştuğu gözlemlenebilir." Bunu doğrulayamadı çünkü "güneşten gelen ışığın göze ulaşmadan önce bir bulut tarafından yansıtıldığı" teorisi olası bir deneysel doğrulamaya izin vermiyordu. Bu açıklama İbn Rüşd tarafından tekrarlanmış ve yanlış olsa da daha sonra 1309'da Kemâleddin el-Fârisî ve bağımsız olarak Freibergli Theodoric (c. 1250-c. 1311) tarafından -her ikisi de el-Heysem'in Optik Kitabı'nı incelemişlerdir- yapılan doğru açıklamalara zemin hazırlamıştır. ⓘ

İbnü'l Heysem'in çağdaşı İranlı filozof ve polimat İbn Sînâ (Avicenna; 980-1037) alternatif bir açıklama getirmiş ve "yayın kara bulutta değil, bulut ile güneş veya gözlemci arasında uzanan çok ince siste oluştuğunu" yazmıştır. Ona göre bulut, tıpkı bir aynada camın arka yüzeyine gümüş bir astarın yerleştirilmesi gibi, bu ince maddenin arka planı olarak hizmet eder. İbn Sînâ sadece yayın değil, aynı zamanda renk oluşumunun da yerini değiştirir ve yanardönerliğin sadece gözdeki öznel bir his olduğunu düşünür." Ancak bu açıklama da yanlıştı. İbn Sînâ'nın anlatımı Aristoteles'in gökkuşağı hakkındaki argümanlarının çoğunu kabul eder. ⓘ

Song Hanedanlığı Çin'inde (960-1279), Shen Kuo (1031-1095) adında çokbilmiş bir bilgin-yetkili, kendisinden önce Sun Sikong'un (1015-1076) da yaptığı gibi, gökkuşağının güneş ışığının havadaki yağmur damlacıklarıyla karşılaşması sonucu oluştuğunu varsaymıştır. Paul Dong, Shen'in gökkuşağını atmosferik kırılma fenomeni olarak açıklamasının "temelde modern bilimsel ilkelerle uyumlu olduğunu" yazmaktadır. ⓘ

Nader El-Bizri'ye göre, İranlı astronom Kutbeddin El-Şirazi (1236-1311) gökkuşağı fenomeni için oldukça doğru bir açıklama yapmıştır. Bu açıklama, gökkuşağının matematiksel olarak daha tatmin edici bir açıklamasını yapan öğrencisi Kemâleddin el-Fârisî (1267-1319) tarafından detaylandırılmıştır. "Güneşten gelen ışık ışınının bir su damlacığı tarafından iki kez kırıldığı ve iki kırılma arasında bir veya daha fazla yansımanın meydana geldiği bir model önerdi." Su dolu bir cam küre ile bir deney yapıldı ve Farisi, camdan kaynaklanan ek kırılmaların modelinde göz ardı edilebileceğini gösterdi. Kitab Tanqih al-Manazir'de (Optiğin Gözden Geçirilmesi) belirttiği gibi, Farisi bir yağmur damlasının deneysel büyük ölçekli bir modelini elde etmek için içi suyla doldurulmuş küre şeklinde büyük ve şeffaf bir cam kap kullanmıştır. Daha sonra bu modeli, ışığın girmesi için kontrollü bir açıklığa sahip olan bir camera obscura içine yerleştirdi. Işığı küreye yansıttı ve sonuçta çeşitli denemeler ve ışığın yansımaları ve kırılmalarına ilişkin ayrıntılı gözlemler yoluyla gökkuşağının renklerinin ışığın ayrışması olgusu olduğu sonucuna vardı. ⓘ

Avrupa'da İbn el-Heysem'in Optik Kitabı Latinceye çevrilmiş ve Robert Grosseteste tarafından incelenmiştir. Işık üzerine çalışmaları, 1268 tarihli Opus Majus adlı eserinde gökkuşağının renklerini gösteren kristaller ve su damlacıkları arasından geçen ışıkla yapılan deneyler hakkında yazan Roger Bacon tarafından devam ettirilmiştir. Ayrıca Bacon gökkuşağının açısal boyutunu hesaplayan ilk kişidir. Gökkuşağının zirvesinin ufuktan 42°'den daha yüksekte görünemeyeceğini belirtmiştir. Freibergli Theodoric'in 1307'de hem birincil hem de ikincil gökkuşaklarının doğru bir teorik açıklamasını yaptığı bilinmektedir. Birincil gökkuşağını, "güneş ışığı tek tek nem damlalarının üzerine düştüğünde, ışınların gözlemcinin gözüne iletilmeden önce iki kırılma (giriş ve çıkışta) ve bir yansıma (damlanın arkasında) geçirdiğini" belirterek açıklamıştır. İkincil gökkuşağını da iki kırılma ve iki yansımayı içeren benzer bir analizle açıklamıştır. ⓘ

René Descartes'ın birincil ve ikincil gökkuşaklarının nasıl oluştuğuna dair taslağı ⓘ

Descartes'ın 1637 tarihli eseri Yöntem Üzerine Söylev bu açıklamayı daha da geliştirmiştir. Yağmur damlalarının boyutunun gözlemlenen gökkuşağını etkilemediğini bildiğinden, ışık ışınlarını suyla dolu büyük bir cam küreden geçirerek deneyler yaptı. Işınların çıktığı açıları ölçerek, birincil yayın yağmur damlasının içindeki tek bir iç yansımadan kaynaklandığı ve ikincil bir yayın iki iç yansımadan kaynaklanabileceği sonucuna vardı. Bu sonucu kırılma yasasının bir türeviyle destekledi (Snell'den sonra ama ondan bağımsız olarak) ve her iki yay için açıları doğru hesapladı. Ancak renklere ilişkin açıklaması, renklerin beyaz ışığın modifikasyonuyla üretildiğine ilişkin geleneksel teorinin mekanik bir versiyonuna dayanıyordu. ⓘ

Isaac Newton, beyaz ışığın gökkuşağının tüm renklerinin ışığından oluştuğunu ve bir cam prizmanın tüm renk spektrumuna ayırabileceğini göstererek, renklerin beyaz ışığın modifikasyonuyla üretildiği teorisini reddetti. Ayrıca kırmızı ışığın mavi ışıktan daha az kırıldığını göstererek gökkuşağının temel özelliklerinin ilk bilimsel açıklamasını yapmıştır. Newton'un korpüsküler ışık teorisi süpernümerik gökkuşaklarını açıklayamıyordu ve Thomas Young ışığın belirli koşullar altında bir dalga gibi davrandığını ve kendisiyle etkileşime girebildiğini fark edene kadar tatmin edici bir açıklama bulunamadı. ⓘ

Young'ın çalışması 1820'lerde George Biddell Airy tarafından geliştirildi ve gökkuşağının renklerinin gücünün su damlacıklarının boyutuna bağlı olduğunu açıkladı. Gökkuşağının modern fiziksel tanımları, 1908 yılında Gustav Mie tarafından yayınlanan Mie saçılmasına dayanmaktadır. Hesaplama yöntemleri ve optik teorideki ilerlemeler gökkuşağının daha iyi anlaşılmasını sağlamaya devam etmektedir. Örneğin, Nussenzveig modern bir genel bakış sunmaktadır. ⓘ

Deneyler

Yuvarlak tabanlı şişe gökkuşağı gösteri deneyi - Johnson 1882 ⓘ

Gökkuşağı fenomeni üzerine yapay yağmur damlaları, yani su dolu küresel şişeler kullanılarak yapılan deneyler en azından 14. yüzyılda Freibergli Theodoric'e kadar uzanmaktadır. Daha sonra Descartes da bu fenomeni bir Floransa şişesi kullanarak incelemiştir. Florence'ın gökkuşağı olarak bilinen bir şişe deneyi, gökkuşağı fenomeninin etkileyici ve sezgisel olarak erişilebilir bir gösteri deneyi olarak bugün hala sıklıkla kullanılmaktadır. Bu deney, su dolu küresel bir şişenin bir perdedeki delikten (paralel beyaz ışıkla) aydınlatılmasından oluşur. Ekranın yeterince büyük olması koşuluyla, daha sonra ekrana geri atılan / yansıtılan bir gökkuşağı görünecektir. Sonlu duvar kalınlığı ve yapay yağmur damlasının makroskopik karakteri nedeniyle, biraz değişen gökkuşağı açıları ve gökkuşağı sıralarının bölünmesi de dahil olmak üzere doğal fenomenle karşılaştırıldığında bazı ince farklılıklar mevcuttur. ⓘ

Çok benzer bir deneyde, içi su dolu silindirik bir cam kap ya da katı şeffaf bir silindir kullanılır ve dairesel tabana paralel olarak (yani ışık ışınları silindirden geçerken sabit bir yükseklikte kalır) ya da tabana göre bir açı altında aydınlatılır. Bu son koşullar altında suyun etkin kırılma indisi değiştiğinden (Bravais'in eğimli ışınlar için kırılma indisi geçerlidir) gökkuşağı açıları doğal fenomene göre değişir. ⓘ

Diğer deneylerde küçük sıvı damlaları kullanılır, yukarıdaki metne bakınız. ⓘ

Kültür ve mitoloji

Yaratılış Kitabı'nda gökkuşağının tasviri ⓘ

Gökkuşağı mitolojide sıkça yer almış ve sanatta kullanılmıştır. Gökkuşağının en eski edebi örneklerinden biri Yaratılış Kitabı'nın 9. bölümünde, Nuh'un tufan hikayesinin bir parçası olarak yer alır; burada gökkuşağı Tanrı'nın yeryüzündeki tüm yaşamı bir daha asla küresel bir tufanla yok etmeyeceğine dair yaptığı antlaşmanın bir işaretidir. İskandinav mitolojisinde gökkuşağı köprüsü Bifröst, insanların dünyası (Midgard) ile tanrıların diyarını (Asgard) birbirine bağlar. Cuchavira günümüz Kolombiya'sındaki Muisca'nın gökkuşağı tanrısıydı ve Bogota savanasındaki düzenli yağmurlar sona erdiğinde halk ona altın, salyangoz ve küçük zümrütler sunarak teşekkür ederdi. Tibet Budizmi veya Dzogchen'in bazı formları gökkuşağı bedenine atıfta bulunur. İrlandalı cüce cinin altın küpünü sakladığı yerin genellikle gökkuşağının sonunda olduğu söylenir. Bu yere ulaşmak uygun bir şekilde imkansızdır, çünkü gökkuşağı yaklaşılamayan optik bir etkidir. ⓘ

Gökkuşağı hanedanlık armalarında da görülür - hanedanlık armalarında gökkuşağı, uçları bulutların üzerinde duran 4 renk bandından (Or, Gules, Vert, Argent) oluşur. Genel arma örnekleri arasında Almanya'nın Bavyera eyaletindeki Regen ve Pfreimd kasabaları, Fransa'nın Bouffémont kasabası ve ABD Ulusal Muhafız Ordusu'nun 69. Piyade Alayı (New York) yer almaktadır. ⓘ

Gökkuşağı bayrakları yüzyıllardır kullanılmaktadır. Gökkuşağı, 16. yüzyılda Alman Köylüler Savaşı'ndaki Kooperatif hareketinin, İtalya'daki barışın ve 1970'lerden bu yana eşcinsel gururunun ve LGBT sosyal hareketlerinin sembolüydü. 1994 yılında Başpiskopos Desmond Tutu ve Başkan Nelson Mandela, apartheid sonrası yeni demokratik Güney Afrika'yı gökkuşağı ulusu olarak tanımladı. Gökkuşağı, Apple bilgisayar logosu da dahil olmak üzere teknoloji ürünü logolarında da kullanılmıştır. Birden fazla siyasi partiyi kapsayan birçok siyasi ittifak kendilerini "Gökkuşağı Koalisyonu" olarak adlandırmıştır. ⓘ

Gökkuşağını işaret etmek birçok kültürde tabu olarak görülmüştür. ⓘ