Yeryüzünden bakıldığında yarım daire şeklinde görülen gökkuşağının uçaktan bakıldığında çember şeklinde olduğunu öğrendim. Gökkuşağının oluşması neden çember şeklinde oluyor?
Bu soruyu tam olarak yanıtlayabilmek için "Gökkuşağı nasıl oluşur?"
sorusunun da yanıtlanması gerekir. Özellikle yağmurlu havalarda gördüğümüz gökkuşağı,
aslında, Güneş'in garip bir "ayna"da oluşan bir görüntüsü. Söz konusu
"ayna" ise, böyle zamanlarda havada bulunan sayısız su damlacıkları
tarafından oluşturuluyor. Olay, Güneş'ten gelen ışık ışınlarının küresel su
damlacıkları içinde kırılarak, birkaç iç yansımadan sonra dışarı farklı bir
yönde çıkmasından kaynaklanıyor.
Küresel bir su damlacığı üzerine düşen ışığın izleyebileceği yollar Şekil 1'de
gösteriliyor. Damlaya kırılarak giren ışın, damlanın yüzeyine çarptığında bir
kısmı dışarı çıkar (A ışını), fakat bir kısmı da iç yansımayla su içine geri
döner. İçeride kalan ışın da damlanın yüzeyine tekrar değdiğinde yine bir kısmı
dışarı çıkarak (B ışını), geri kalan kısmı yansır. Bu şekilde, damla içinde
kalan ışın, sayısız iç yansıma sonucu her defasında dışarıya bir kısmını bırakarak
gittikçe zayıflar.
Ana gökkuşağı, damla içinde sadece bir iç yansıma geçiren B ışınları tarafından
oluşturuluyor. Bunlar, neredeyse geriye, Güneş'in olduğu tarafa doğru yönelirler.
Şekil 2'de kırmızı ışık için, damla üzerine düşen ışınların damlaya girdiği
yere bağlı olarak izledikleri yollar gösteriliyor. Doğal olarak çıkan ışının
hangi doğrultuya yöneleceği, gelen ışının damlaya nereden girdiğine bağlı.
Burada ilk bakışta pek ilginç görünmeyen bir olay oluyor. Her ışın farklı açılarla
geriye dönse de, bunlardan biri en yüksek açıya sahip. Kırmızı ışık için bu
en yüksek açı 42°. Diğer bir deyişle, damlanın özel bir yerine düşmeyen bütün
ışınlar 42°'den daha az bir açıyla geriye yansıyorlar. Böyle bir en yüksek geri
dönme açısının olması gökkuşağının oluşumu için şart. Çünkü ışınlarının büyük
bir kısmı bu en yüksek açıya yakın açılarda geri dönüyorlar. Örneğin, gelen
kırmızı ışınların %20'si 41°-42° arasındaki 1 derecelik aralıktan çıkarken,
geri kalan %80'iyse, 0°-41° arasındaki 41 derecelik oldukça büyük aralıktan
çıkıyorlar. Bu durumda, ışığın şiddeti daha fazla olduğu için, 42°'den çıkan
ışınları görmemiz daha kolayken, diğer açılardan çıkanların görülebilmesi çok
zor; özellikle geri tabandan gelen ışık düşünülürse.
Eğer Güneş sadece kırmızı renkte ışığa sahip olsaydı, bu ışınların gökyüzünde
oluşturacağı görüntü Şekil 2'deki gibi olurdu (abartılı çizildi). Burada en
net şekilde görülebilen çemberin dış kısmı olacaktır. Bu nedenle, pratikte,
bu tip ışınların 42°'lik bir koni üzerinde geri yansıdığını söylüyoruz.
Diğer renklerin geri dönme açısı farklı: Örneğin, görülebilir tayfın diğer ucundaki
mor ışık suda daha fazla kırıldığından, en yüksek geri dönme açısı 40.5°'dir.
Güneş'ten gelen beyaz ışık değişik dalga boylarında birçok renkten oluştuğu
için, damlaya girdikten sonra tek bir iç yansımayla dışarı çıkınca, 40.5° ile
42° arasında bileşen renklerine ayrılır; mor en içte, kırmızı en dışta olmak
üzere.
Bu geri dönen ışığın, Güneş'in atmosferdeki su damlalarından garip bir yansıması
olduğunu düşünebiliriz: Yani gelen ışınlar, bir koni üzerinde geri yansır. Bu
yansıma gözle algılandığında da Güneş'in bu "garip ayna"daki görüntüsü
olan gökkuşağını görüyoruz. Şüphesiz bu görüntü, normal bir aynadakine hiç benzemiyor.
Gökkuşağına baktığımızda, örneğin mavi olarak gördüğümüz kısımlar, bakış doğrultusundaki
damlalardan geri dönen mavi ışıklardan oluşuyor. Bu damlalardan geri dönen diğer
renklerse, başka yönlere gittikleri için sizin tarafınızdan görülemezler. (Tabii
başkaları bu damlaları değişik renklerde görebilirler.)
Gökkuşağının oluştuğu yerse, Güneş ışınlarının gittiği doğrultunun 40° civarındaki
yönler. Doğal olarak bu bir çember. Fakat gökkuşağı renklerini açık seçik görebilmek
için, bakılan doğrultuda yeteri sayıda su damlası olmak zorunda. Yerden yapılan
gözlemlerde, Güneş ufkun üzerinde olduğu için, gökkuşağının alt yarısından daha
büyük bir kısmı yerle örtüşür. Yani, ya baktığınız doğrultuda yere çok yakınsınızdır
ve burada yeterli sayıda damlacık yoktur, ya da vardır ama geri tabandaki yerin
görüntüsü, zayıf gökkuşağını seçebilmenizi engeller. Tabii bunlar bir uçaktan
ya da yüksek bir dağın tepesinden bakanlar için geçerli değil.
Yine aynı nedenle, öğlen Güneş tam tepedeyken gökkuşağını göremezsiniz. Kuşağı
görebilmeniz için, Güneş'in ufkun en fazla 42° üzerinde olması gerekir.
Son olarak, Şekil 1'deki C ışınının da, benzer şekilde 50°-53° arasında renklerin
ters sıralandığı (kırmızı içte, mor dışta) bir kuşak oluşturduğunu ve uygun
hava koşullarında bunu görmenin mümkün olduğu da ekleyelim. Fakat A ışını için,
yukarıda bahsettiğimiz en büyük açı olmadığından, bu ışınlar renkli bir kuşak
oluşturamıyor.
TÜBİTAK
