O que é um arco-íris?

Mas a luz do sol é branca – então, se as gotículas de água reflectem a luz do sol, como é que o arco-íris obtém as suas cores? É aqui que entra em jogo o segundo processo: dispersão da luz.

A luz solar pura pode parecer-nos branca, mas é constituída por todas as cores visíveis. Assim que um raio de luz solar entra numa gota de água, é dividido nos seus componentes, fazendo com que as suas cores se dispersem e se tornem visíveis como um espectro de cores. Isto acontece tanto quando o raio entra na gotícula como quando sai da gotícula novamente.

Refracção

Como o raio de luz entra e sai da gotícula de água, a sua direcção é também ligeiramente alterada num processo chamado refracção. Cada cor é refracta numa direcção marginalmente diferente, criando a impressão de um leque de cores. Por exemplo, em relação à direcção do raio de luz de entrada, o componente de luz vermelha deixa a gota num ângulo ligeiramente maior do que o componente laranja.

As Cores do Arco-Íris

Isto significa que cada gota de água reflecte todas as cores da luz solar de volta para si. Contudo, porque reflecte e refracta cada cor num ângulo ligeiramente diferente, apenas uma cor de cada gota chega aos seus olhos. Por exemplo, só se pode ver a luz vermelha das gotas que estão mais altas no céu, e só a luz laranja das gotas que estão um pouco mais baixas.

É assim que as duas faixas superiores da forma arco-íris-vermelho e laranja. Mais abaixo, as gotas formam um ângulo ainda mais acentuado entre si e o Sol, pelo que atiram de volta para si os componentes amarelo, verde, azul, índigo e violeta da luz solar, criando as restantes faixas do arco-íris.

Memorize a sequência de cores

Se tiver dificuldade em lembrar a ordem das cores do arco-íris, basta memorizar o nome Roy G. Biv. Este primeiro, médio e último nome imaginário é um acrónimo composto pela letra inicial de cada cor, na ordem em que aparecem num arco-íris. De cima para baixo, são: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, e violeta.

Porque é um arco-íris curvo?

Tecnicamente, um arco-íris é a metade superior de um círculo de luz, que se centra no ponto anti-solar, o ponto directamente oposto ao Sol, como visto da sua perspectiva. A metade inferior do círculo, contudo, geralmente não é visível, uma vez que as gotas de água atingem o solo antes de se poder formar. Pode conseguir ver um arco-íris circular se tiver um ponto alto e o terreno cair bruscamente na direcção do arco-íris, permitindo que a chuva caia mais longe e reflicta a luz solar de um ângulo inferior. Também é possível ver um arco-íris circular de um avião.

A forma de um arco-íris é o resultado do índice de refracção da água. Isto faz com que a luz solar seja reflectida por gotículas de chuva dentro de uma gama limitada de ângulos que se situam entre 0° e 42°. A maior parte da luz é lançada de volta para si num intervalo angular entre 40° para a luz violeta e 42° para a luz vermelha. É por isso que o círculo de luz tem sempre uma distância angular de 40-42° em relação ao ponto anti-solar, o que significa que um arco-íris aparece sempre a 40-42° do ponto oposto ao Sol, como visto da sua perspectiva.

O que é um arco-íris duplo?

Às vezes pode-se ver um arco-íris mais fraco, o segundo arco-íris aparece por cima de um arco-íris. Isto acontece quando a luz solar é reflectida duas vezes dentro de cada gota de água e direccionada de volta para si.

O segundo arco-íris não é tão brilhante como o arco-íris primário, porque parte da luz solar passa através da gota, enquanto a maior parte dela é reflectida. Isto significa que mais luz se desvia quando um raio de sol é reflectido duas vezes, deixando menos luz a ser reflectida de volta para si. O processo de reflexão dupla também resulta numa inversão das cores do arco-íris secundário. Aqui, a faixa violeta está em cima enquanto a faixa vermelha aparece em baixo (clique na imagem para ver este detalhe).

A distância angular entre o segundo arco-íris e o ponto anti-solar é de 50-53°, pelo que os dois arcos-íris estão sempre a cerca de 10° de distância.

Porque é a área abaixo do arco-íris mais brilhante?

Embora a maior parte da luz solar esteja concentrada num ângulo de 40-42°, parte dela reflecte-se também no intervalo de 0-39°. Crucialmente, o ângulo também determina até que ponto a luz solar é dispersa e refratada. Por exemplo, um raio de luz que é reflectido a 0° – de onde veio – não é de todo disperso ou refractado.

Por esta razão, experienciamo-lo como luz branca. O mesmo acontece com a luz que é reflectida em ângulos mais altos, embora em menor grau. É por isso que a área abaixo do arco-íris principal parece comparativamente brilhante, como mostrado nas imagens.

Alexander’s Band

As propriedades físicas da gota de água impedem que a luz solar seja reflectida em ângulos acima dos 42°. Por exemplo, é impossível que um raio de luz horizontal seja reflectido a um ângulo de 90° e enviado directamente para o solo. Embora este ângulo reflector máximo seja um pouco diferente para cada comprimento de onda (cor), variando entre 40° para a luz violeta e 42° para a luz vermelha, nenhuma luz solar pode ser redireccionada em ângulos superiores a 42°.

Por essa razão, gotas de água que estão a mais de 42° do ponto antisolar, como visto da sua perspectiva, não reflectirão qualquer luz solar de volta para si. É por isso que o céu acima do arco-íris primário parece muito mais escuro do que o céu abaixo dele (ver imagem).

Sobre 10° acima do arco-íris principal, a luz solar duplamente reflectida do segundo arco-íris atinge os seus olhos, de modo que o céu acima é um pouco mais brilhante novamente, criando a impressão de uma faixa escura de céu ensanduichada entre os dois arco-íris. Este fenómeno chama-se a banda de Alexandre.

Is There a Pot of Gold at the End of the Rainbow?

De acordo com uma lenda irlandesa, um pote de ouro pode ser encontrado na extremidade de um arco-íris. Provavelmente todos concordamos que isto é altamente improvável, mas sabia que é possível refutar essa afirmação? De facto, provavelmente já esteve muitas vezes no fim do arco-íris sem dar por isso!

Para verificar a veracidade do pote de ouro, é necessário ir ao local onde um arco-íris toca o solo. Isto pode parecer uma proeza impossível, dado que um arco-íris é, de certa forma, uma ilusão de óptica. Como pode parecer tangível e real um arco-íris brilhante, ele é formado por inúmeros pequenos reflexos da luz solar que só são visíveis de uma certa perspectiva. Isto torna impossível uma aproximação real de um arco-íris. Se nos aproximarmos dele, o arco-íris recuará a um ritmo igual; uma pessoa que se encontre no fim do arco-íris que vemos verá um arco-íris diferente, igualmente inacessível, mais para trás, se as condições meteorológicas o permitirem.

Mas nesta realização reside também uma oportunidade de refutar empiricamente a lenda irlandesa. Se conseguir ver outra pessoa no fim do seu arco-íris, poderá ficar no fim do arco-íris de outra pessoa, ou pelo menos de um arco-íris que seja visível de uma perspectiva diferente. Assim, provavelmente já lá esteve, no fim do arco-íris, mesmo que esse arco-íris em particular lhe fosse invisível na altura.

So. Encontrou aquele pote de ouro?

Tópicos: Fenómenos Atmosféricos, Sol