Duha

Rozbalit box

Obsah boxu

Duha je atmosférický optický jev, který vzniká lomem, disperzí a vnitřním odrazem slunečního světla na vodních kapkách v atmosféře. Výsledkem je charakteristický oblouk tvořený barvami viditelného spektra, přičemž na vnějším okraji je vždy červená a na vnitřním fialová. Duha se vždy objevuje na opačné straně oblohy, než se nachází Slunce.

Jev je nejčastěji pozorovatelný při dešti, kdy zároveň svítí Slunce, ale může vzniknout i v mlze, v tříšti vodopádů nebo dokonce při kropení zahrady. Jedná se o jeden z nejznámějších a nejpozoruhodnějších meteorologických jevů, který odpradávna fascinoval lidstvo a stal se součástí mnoha mytologií, náboženství a kultur po celém světě.

🔬 Fyzikální princip

Vznik duhy je komplexní proces založený na interakci světla a vody. Klíčovou roli hrají tři fyzikální jevy: lom světla (refrakce), disperze a odraz.

💧 Průchod světla kapkou

Když sluneční paprsek, který vnímáme jako bílé světlo, vstoupí do dešťové kapky, na jejím povrchu dojde k lomu. Protože index lomu vody je odlišný od indexu lomu vzduchu, paprsek změní směr. Zároveň dochází k disperzi – rozkladu bílého světla na jednotlivé barevné složky. Je to způsobeno tím, že index lomu vody mírně závisí na vlnové délce světla. Fialové světlo (s kratší vlnovou délkou) se láme více než červené světlo (s delší vlnovou délkou).

Po vstupu do kapky se rozložené světlo pohybuje k její zadní stěně. Zde dojde k částečnému vnitřnímu odrazu, který paprsek nasměruje zpět k pozorovateli. Při opuštění kapky dochází k dalšímu lomu a dalšímu rozkladu barev.

📐 Úhel pozorování

Každá barva opouští kapku pod mírně odlišným úhlem. Pro vznik primární duhy je klíčový úhel mezi přicházejícím slunečním paprskem a paprskem vystupujícím z kapky směrem k pozorovateli. Tento úhel je přibližně 42° pro červenou barvu a 40° pro fialovou barvu. Z tohoto důvodu vidíme duhu jako oblouk – vidíme světlo odražené od všech kapek, které se nacházejí ve správném úhlu vůči nám a Slunci. Střed tohoto oblouku leží na přímce procházející Sluncem a okem pozorovatele.

🌈 Dvojitá duha a Alexandrova pásma

Někdy je možné pozorovat i slabší, sekundární (vedlejší) duhu, která se nachází nad primární duhou. Vzniká dvojitým vnitřním odrazem světla v dešťových kapkách. Tento druhý odraz způsobí, že pořadí barev je v sekundární duze obrácené – nahoře je fialová a dole červená. Sekundární duha je vždy slabší, protože při každém odrazu se část světla ztratí (projde ven z kapky).

Oblast mezi primární a sekundární duhou se jeví tmavší než okolní obloha. Tento jev se nazývá Alexandrův tmavý pás (nebo Alexandrova pásma) po Alexandrovi z Afrodisie, který ho popsal kolem roku 200 n. l. Tmavost je způsobena tím, že do této oblasti se z kapek neodráží žádné světlo ani z jednonásobného, ani z dvojnásobného odrazu.

🎨 Barvy duhy

Duha je ve skutečnosti plynulé spektrum barev, podobně jako když světlo projde hranolem. Tradičně se však rozděluje do sedmi základních barev, což je konvence zavedená Isaacem Newtonem, který chtěl sladit počet barev s počtem tónů v hudební stupnici.

Pořadí barev v primární duze (od vnějšího okraje k vnitřnímu) je:

Pro zapamatování tohoto pořadí existují různé mnemotechnické pomůcky. V angličtině je známá zkratka ROY G. BIV (Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo, Violet).

Intenzita a šířka jednotlivých barevných pruhů závisí na velikosti dešťových kapek. Větší kapky (kolem 1 mm) vytvářejí jasné a úzké barevné pruhy, zatímco menší kapky (např. v mlze) vedou k širokým, méně výrazným pruhům a mohou vytvořit tzv. mlžnou duhu, která je převážně bílá.

📜 Historie a mytologie

Duha jako nápadný a krásný nebeský úkaz hrála významnou roli v kulturách a mytologiích po celém světě.

Judaismus a křesťanství: V biblické knize Genesis je duha znamením smlouvy mezi Bohem a Noem (a celým lidstvem) po Velké potopě. Symbolizuje Boží slib, že už nikdy nezničí Zemi potopou.
Řecká mytologie: V řecké mytologii byla duha zosobněna bohyní Iris, která byla poslem bohů a spojovala nebe se zemí.
Severská mytologie: V severské mytologii je duhový most zvaný Bifröst spojnicí mezi světem lidí (Midgard) a sídlem bohů (Asgard).
Irský folklór: Podle irských pověstí je na konci duhy ukryt hrnec zlata, který střeží skřítek Leprikón. Jelikož je duha optický jev bez fyzického konce, zlato je samozřejmě nedosažitelné.
Austrálští domorodci: V mytologii australských domorodců hraje klíčovou roli Duhový had, mocná bytost spojená se stvořením, vodou a plodností.

První vědecké vysvětlení duhy podal perský učenec Al-Fárábí a později Ibn al-Hajtham. V Evropě se jevem zabývali Robert Grosseteste a Roger Bacon. Definitivní a komplexní vysvětlení založené na lomu a odrazu světla v kapkách vody formuloval v 17. století René Descartes. Jeho teorii později doplnil Isaac Newton o poznatky z oblasti disperze světla.

🔭 Pozorování duhy

Pro úspěšné pozorování duhy musí být splněno několik podmínek: 1. Poloha Slunce: Slunce se musí nacházet za pozorovatelem. 2. Poloha vodních kapek: Před pozorovatelem se musí nacházet oblast s vodními kapkami (déšť, mlha, vodní tříšť). 3. Výška Slunce nad obzorem: Slunce nesmí být příliš vysoko. Nejlepší podmínky pro pozorování jsou ráno nebo pozdě odpoledne, kdy je Slunce nízko nad obzorem. Pokud je Slunce výše než 42°, duha se nachází pod horizontem a z povrchu země není viditelná.

Duha ve skutečnosti není oblouk, ale kompletní kružnice. Z povrchu Země vidíme obvykle jen její horní část, protože zbytek je pod obzorem. Celou kruhovou duhu je možné spatřit za specifických podmínek, například z letadla nebo z vysoké hory, kdy se pozorovatel dívá dolů na dešťové mraky pod sebou.

🌍 Výskyt a typy duh

Kromě klasické primární a sekundární duhy existují i další, vzácnější typy tohoto jevu.

Měsíční duha (lunární duha): Vzniká stejným způsobem jako sluneční duha, ale zdrojem světla je Měsíc místo Slunce. Protože měsíční světlo je mnohem slabší, je měsíční duha velmi nevýrazná a lidské oko ji obvykle vnímá jako bílý oblouk. Její barvy lze zachytit pouze pomocí fotografie s dlouhou expozicí.
Mlžná duha: Vzniká v mlze, kde jsou vodní kapky mnohem menší (menší než 0,05 mm). Kvůli malým rozměrům kapek dochází k difrakčním jevům, které způsobí rozmazání barev. Výsledkem je široký, převážně bílý oblouk s narudlým vnějším a namodralým vnitřním okrajem.
Podružné duhy (supernumerární oblouky): Jedná se o několik slabých, obvykle fialových a zelených proužků, které se mohou objevit na vnitřní straně primární duhy. Jsou způsobeny interferencí světelných paprsků, které opouštějí dešťové kapky mírně odlišnými cestami.
Červená duha: Vzniká při východu nebo západu Slunce. V této době prochází sluneční světlo silnou vrstvou atmosféry, která rozptýlí modré a zelené světlo. K dešťovým kapkám tak dorazí převážně červené světlo, a proto je i duha zbarvena do červených odstínů.

💡 Pro laiky

Představte si sluneční paprsek jako bílé světlo, které je ve skutečnosti směsicí všech barev duhy. Když tento paprsek narazí na dešťovou kapku, stane se několik věcí najednou:

1. Vstup a rozklad: Kapka funguje jako miniaturní skleněný hranol. Když světlo vstoupí dovnitř, ohne se a zároveň se rozloží na jednotlivé barvy (jako když světlo projde lustrem). 2. Odraz: Barevné paprsky se odrazí od zadní stěny kapky, podobně jako od zrcadla. 3. Výstup: Nakonec paprsky opustí kapku, přičemž se ještě jednou ohnou.

Každá barva se odrazí pod trochu jiným úhlem. Červená pod největším, fialová pod nejmenším. Protože jsou ve vzduchu miliony kapek, z každé výšky k vašemu oku dorazí světlo jen jedné barvy. Z nejvýše položených kapek vidíte červenou, z těch níže oranžovou, a tak dále až po fialovou z nejnižších kapek. Výsledkem je barevný oblouk na obloze. Abychom duhu viděli, musíme mít vždy Slunce v zádech a déšť před sebou.

Šablona:Aktualizováno