Un quadruple arc-en-ciel est-il possible

Oui, bien que très rare, il est possible pour un humain de voir quatre arcs-en-ciel naturels à la fois dans le ciel. Un arc-en-ciel se produit lorsque la lumière du soleil blanche se disperse sur les gouttes de pluie dans l'air. En raison des propriétés dispersives de l'eau, les différentes couleurs de la lumière dans la lumière du soleil se plient (réfracter) quantités différentes à l'entrée et à la sortie de la goutte de pluie. Par conséquent, les différentes couleurs laissent la goutte de pluie sous différents angles, vous faisant voir les différentes couleurs à différents endroits dans le ciel. Parce que cette diffusion est un effet géométrique qui dépend de la direction de la lumière solaire entrante d'origine, l'arc-en-ciel forme un cercle (ou partie d'un cercle) centrée sur le point exactement opposé au soleil. L'arc-en-ciel principal (appelé le “arc-en-ciel primaire”) implique que la lumière du soleil pénètre dans la goutte de pluie, réfléchissant une fois sur la surface arrière intérieure de la goutte de pluie, puis sortir de la goutte de pluie.

aditionellement, la lumière peut rebondir deux fois sur la surface intérieure de la goutte de pluie avant de sortir. La deuxième réflexion fait sortir ces rayons lumineux sous un angle très différent de celui des rayons lumineux qui ne réfléchissent qu'une seule fois. Donc, un arc-en-ciel secondaire se forme qui a un rayon plus grand que l'arc-en-ciel primaire. L'arc-en-ciel secondaire est créé par la même lumière solaire et le même processus de réfraction que l'arc-en-ciel primaire, il est donc également centré sur le point exactement opposé au soleil. En raison de la réflexion supplémentaire, les couleurs de l'arc-en-ciel secondaire sont inversées par rapport à l'arc-en-ciel primaire. Puisqu'une partie de la lumière est perdue par la goutte de pluie à chaque réflexion, l'arc-en-ciel secondaire est beaucoup plus faible que l'arc-en-ciel primaire. En principe, l'arc-en-ciel secondaire est toujours présent. toutefois, l'arc-en-ciel secondaire est souvent si faible que les humains ne peuvent pas le voir. Lorsque les conditions d'observation sont bonnes (à savoir. c'est une journée inhabituellement ensoleillée et il y a un nombre inhabituellement élevé de gouttes de pluie dans l'air), l'arc-en-ciel secondaire peut être vu assez distinctement.

Les arcs-en-ciel primaires et secondaires sont visibles sur cette photographie. Image Domaine public, la source: NASA.

Comme vous l'avez peut-être deviné, la lumière peut rebondir trois fois sur la surface intérieure de la goutte de pluie avant de sortir, créer un arc-en-ciel de troisième ordre; ou rebondir quatre fois, créer un arc-en-ciel de quatrième ordre; etc. toutefois, les arcs-en-ciel de troisième ordre et d'ordre supérieur sont si faibles qu'ils ne sont presque jamais vus à l'œil nu. En utilisant une caméra et des techniques d'amélioration de l'image, l'arc-en-ciel du troisième ordre peut en effet être imagé. Cette tâche est suffisamment difficile pour que la capture et l'analyse réussies de l'arc-en-ciel de troisième ordre aient valu à Michael Grossman, Elmar Schmidt, et Alexander Haussmann une publication dans la revue académique, Optique appliquée. Compte tenu de la quasi-impossibilité de voir un tiers- et arcs-en-ciel du quatrième ordre, comment les gens peuvent-ils voir quatre arcs-en-ciel dans le ciel à la fois?

La réponse est qu'une partie de la lumière du soleil peut être réfléchie avant d'entrer dans les gouttes de pluie. Rappelons que la formation de l'arc-en-ciel est un effet de diffusion géométrique conduisant l'arc-en-ciel à être centré sur le point opposé au soleil. Que se passerait-il s'il y avait deux soleils à deux endroits différents dans le ciel ?? Alors la lumière du soleil frapperait les gouttes de pluie sous deux angles différents, et deux arcs-en-ciel primaires en résulteraient, chacun centré sur un point différent. Si les conditions d'observation sont suffisamment favorables pour que les arcs-en-ciel secondaires soient visibles, alors il y aurait quatre arcs-en-ciel: un arc-en-ciel primaire et un arc-en-ciel secondaire centrés sur le point opposé à l'unique soleil, ainsi qu'un arc-en-ciel primaire et un arc-en-ciel secondaire centrés sur le point opposé à l'autre soleil. Sur des planètes avec de la pluie et deux soleils, les arcs-en-ciel quadruples sont courants. toutefois, nous n'avons pas deux soleils, alors pourquoi est-ce que je mentionne cela? Un grand, appartement, la surface brillante peut refléter suffisamment de lumière solaire pour que la situation agisse comme deux soleils. Un lac calme fait exactement cela. La lumière du soleil provenant directement du soleil est à un angle différent de celui de la lumière du soleil se reflétant sur la surface d'un lac, et ils forment donc différents arcs-en-ciel centrés sur différents points. Les arcs-en-ciel formés à partir de la lumière du soleil provenant du lac sont appelés “arcs-en-ciel de réflexion”. En résumé, même si c'est très rare, il est possible à l'œil nu de voir quatre arcs-en-ciel naturels à la fois dans le ciel, composé de:

L'arc-en-ciel primaire (réflexion unique à l'intérieur de la goutte de pluie) de la lumière directe du soleil.
L'arc-en-ciel secondaire (double réflexion à l'intérieur de la goutte de pluie) de la lumière directe du soleil.
L'arc-en-ciel primaire (réflexion unique à l'intérieur de la goutte de pluie) de la lumière du soleil réfléchie par le lac.
L'arc-en-ciel secondaire (double réflexion à l'intérieur de la goutte de pluie) de la lumière du soleil réfléchie par le lac.

En principe, l'œil humain nu pourrait voir six arcs-en-ciel s'il y avait deux grandes surfaces réfléchissantes différentes, créant l'effet de trois soleils. Par exemple, si un grand, appartement, glacier lisse était assis à côté d'un lac et sa surface était inclinée par rapport à la surface du lac, alors si les conditions étaient bonnes, vous pouviez voir six arcs-en-ciel à la fois. Bien que physiquement possible, cette situation est extrêmement rare.

Crédit:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/05/22/is-a-quadruple-rainbow-possible/