Tin thời tiết
Cầu vồng hình thành như thế nào? Màu sắc và góc quan sát
Cầu vồng xuất hiện khi ánh sáng Mặt Trời đi vào các giọt nước, bị khúc xạ, tán sắc, phản xạ bên trong rồi khúc xạ lần nữa khi đi ra. Mỗi giọt chỉ gửi một dải màu theo những hướng nhất định tới mắt. Hàng triệu giọt ở các vị trí phù hợp hợp thành cung màu mà ta nhìn thấy.
Vì cầu vồng phụ thuộc đồng thời vào Mặt Trời, giọt nước và vị trí người quan sát, nó không phải một vật thể cố định ở xa. Hai người đứng cách nhau sẽ nhận ánh sáng từ những giọt khác nhau. Bài viết giải thích cơ chế quang học bằng ngôn ngữ trực tiếp, thứ tự màu, cầu vồng đôi và cách quan sát an toàn mà không nhìn thẳng vào Mặt Trời.
Cách giải thích ‘ánh sáng đi qua lăng kính giọt nước’ hữu ích nhưng chưa hoàn toàn đủ. Giọt gần hình cầu, tia sáng có nhiều đường đi và chỉ một số hướng tập trung đủ mạnh để tạo cung rõ. Ngoài quang hình học, giao thoa và nhiễu xạ còn tạo các dải phụ hoặc làm màu nhòe khi giọt nhỏ. Ta cũng không nhìn một giọt tạo đủ cả cung; mỗi phần cung được đóng góp bởi vô số giọt ở vị trí khác nhau. Chính sự kết hợp giữa hình học quan sát và phân bố giọt khiến cầu vồng thay đổi độ sáng từng đoạn, đôi lúc đứt quãng dù màn mưa vẫn còn.
Hiện tượng dễ gặp nhất sau mưa rào khi nắng thấp chiếu vào mép vùng mưa đang rút. Vòi phun và thác nước cũng tạo được cầu vồng nhỏ nếu góc phù hợp. Khi quan sát, ưu tiên vị trí an toàn, đặc biệt sau dông còn sét, đường trơn hoặc gần dòng nước xiết. Vẻ đẹp của cung màu không phải tín hiệu chắc chắn cơn dông đã kết thúc.
Trước khi áp dụng, hãy mở dự báo thời tiết theo địa điểm trên Thời Tiết Số và chọn đúng tỉnh, xã hoặc phường. Dữ liệu theo giờ tạo bối cảnh cho quyết định; quan sát thực tế, cảnh báo chính thức và giới hạn an toàn tại nơi bạn đang ở vẫn được ưu tiên.
Ba quá trình quang học tạo nên cầu vồng
Khi tia sáng đi từ không khí vào nước, tốc độ truyền thay đổi và tia bị bẻ hướng: đó là khúc xạ. Mỗi bước sóng bị bẻ một mức hơi khác, khiến ánh sáng trắng tách thành màu: đó là tán sắc. Tia sau đó phản xạ ở mặt sau giọt nước rồi đi ra ngoài qua một lần khúc xạ nữa.
Đường đi này tập trung nhiều tia ló quanh một góc đặc trưng so với hướng đối Mặt Trời. Với cầu vồng chính, ánh sáng đỏ thường tới mắt ở góc khoảng 42 độ, tím ở góc nhỏ hơn khoảng 40 độ. Sự chênh nhỏ được nhân lên qua vô số giọt, tạo thành dải màu có thể phân biệt.
Vì sao cầu vồng có dạng cung tròn?
Mọi giọt gửi ánh sáng đỏ tới mắt ở cùng một góc nằm trên một hình nón có trục nối mắt với điểm đối Mặt Trời. Giao của hình nón với màn giọt nước tạo vòng tròn. Mặt đất hoặc đường chân trời thường che phần dưới nên ta chỉ thấy một cung.
Từ máy bay hoặc vị trí đủ cao với giọt nước phía dưới, có thể thấy gần trọn vòng tròn. Tâm cầu vồng nằm về phía đối diện Mặt Trời và dưới đường chân trời khi Mặt Trời ở cao. Vì hình học này, Mặt Trời càng thấp thì cung quan sát trên trời càng cao.
Thứ tự màu và câu hỏi có mấy màu
Cầu vồng chính có đỏ ở mép ngoài, tiếp đến cam, vàng, lục, lam, chàm và tím theo cách gọi quen thuộc. Thực tế quang phổ là sự chuyển tiếp liên tục, không chia thành đúng bảy dải có biên cứng. Số màu được gọi tên phụ thuộc ngôn ngữ, văn hóa và khả năng phân biệt trong điều kiện ánh sáng.
Mắt người thường khó tách chàm khỏi vùng lam–tím, trong khi máy ảnh cũng tái tạo màu tùy cảm biến và xử lý. Giọt lớn thường cho màu rõ hơn; giọt rất nhỏ làm nhiễu xạ tăng và dải màu nhạt, rộng. Vì vậy một cầu vồng trắng nhạt trong sương vẫn liên quan cùng họ hiện tượng quang học.
Bạn có thể trở lại chuyên mục Kiến thức thời tiết để đối chiếu thêm các hướng dẫn nền về mưa, gió, nhiệt, độ ẩm và an toàn. Liên kết được đặt tại đây để tách khỏi phần nguồn tham khảo bên dưới.
Điều kiện để nhìn thấy cầu vồng
Bạn cần nguồn sáng đủ mạnh, thường là Mặt Trời, ở phía sau; trước mặt phải có giọt nước như màn mưa, bụi nước thác, vòi phun hoặc sương. Nền mây tối phía sau tăng tương phản. Nếu Mặt Trời bị mây dày che hoặc đứng quá cao, cầu vồng thường khó thấy từ mặt đất.
Buổi sáng hãy nhìn về phía tây khi nắng ở phía đông; cuối chiều nhìn về phía đông khi nắng ở phía tây. Không nhìn thẳng Mặt Trời để định hướng. Hãy quan sát bóng của mình: điểm đối Mặt Trời nằm theo hướng từ đầu bóng kéo dài ra trước, và tâm cung nằm quanh hướng đó.
Cầu vồng đôi hình thành ra sao?
Cầu vồng phụ xuất hiện khi ánh sáng phản xạ hai lần bên trong giọt nước trước khi đi ra. Quá trình mất thêm ánh sáng nên cung phụ mờ hơn, nằm bên ngoài cung chính và có thứ tự màu đảo ngược: đỏ ở phía trong, tím ở phía ngoài.
Khoảng trời giữa hai cung thường tối hơn, được gọi là dải Alexander. Ánh sáng từ các đường tia tạo cung chính và cung phụ ít đi vào vùng góc này. Cầu vồng bậc cao hơn về lý thuyết có thêm phản xạ, nhưng rất mờ và thường nằm ở hướng khó quan sát do ánh sáng chói.
Vì sao cầu vồng di chuyển theo người nhìn?
Cung không ở tại một hàng cây hay quả đồi cụ thể. Khi bạn di chuyển, góc giữa mắt, Mặt Trời và giọt nước phải giữ đúng điều kiện, nên tập hợp giọt gửi ánh sáng tới mắt cũng thay đổi. Cảm giác ‘đuổi theo chân cầu vồng’ xuất phát từ hình học này.
Hai người cạnh nhau không nhìn chính xác cùng các tia từ cùng giọt, dù họ mô tả một cung gần giống nhau. Vì thế không thể tới một điểm vật lý gọi là chân cầu vồng. Vật thể cảnh quan chỉ tình cờ nằm trên đường nhìn và giúp ta cảm nhận vị trí biểu kiến.
NWS giải thích khúc xạ, phản xạ, tán sắc, hình học cầu vồng chính và cầu vồng phụ.
Nguồn tham khảo: NOAA National Weather Service – About Rainbows — Xem thêm tài liệu gốc
Các biến thể dễ gặp của cầu vồng
Cầu vồng đỏ có thể xuất hiện lúc Mặt Trời rất thấp vì ánh sáng đi qua quãng khí quyển dài, các bước sóng ngắn bị tán xạ nhiều và phần đỏ chiếm ưu thế. Cầu vồng sương thường nhạt hoặc trắng do giọt quá nhỏ. Cầu vồng do ánh trăng có cùng cơ chế nhưng thường trông trắng với mắt vì ánh sáng yếu.
Các cung dư là những dải mảnh sát mép trong cầu vồng chính, phát sinh do giao thoa ánh sáng và phụ thuộc kích thước giọt. Quầng quanh Mặt Trời hoặc Mặt Trăng lại chủ yếu do tinh thể băng, không phải cầu vồng. Vầng màu nhỏ gần Mặt Trời trong mây mỏng cũng có cơ chế nhiễu xạ khác.
Quan sát, chụp ảnh và giới hạn giải thích
Chọn nơi có tầm nhìn thoáng về phía màn mưa đối diện Mặt Trời, giữ lưng về phía nắng và không bước ra đường chỉ để chụp. Ống kính góc rộng giúp lấy trọn cung; giảm phơi sáng nhẹ có thể giữ màu, nhưng chỉnh màu quá mạnh làm kết quả không còn giống quan sát thực.
Góc khoảng 40–42 độ là mô hình hình học gần đúng, không có nghĩa bề rộng và cường độ luôn giống nhau. Giọt nước không hoàn toàn đồng kích thước, ánh sáng bị phản xạ và nhiễu xạ, nền trời thay đổi liên tục. Hãy coi ảnh là bản ghi theo vị trí máy ảnh, không phải bản đồ một vật thể cố định trong không gian.
Checklist áp dụng nhanh
- Đứng quay lưng về phía Mặt Trời
- Tìm màn mưa hoặc bụi nước phía trước
- Quan sát khi Mặt Trời thấp
- Không nhìn trực tiếp vào Mặt Trời
- Chọn vị trí tránh giao thông nguy hiểm
- Dùng góc rộng nếu muốn chụp trọn cung
- Giữ màu ảnh gần với quan sát thực
Hãy đi theo thứ tự: xác minh vị trí và thời gian, đọc đúng đơn vị, tìm tín hiệu tác động, đặt ngưỡng dừng rồi chuẩn bị phương án thay thế. Sau khi áp dụng, ghi lại điều kiện thực tế và kết quả để lần sau quyết định nhanh hơn.
Câu hỏi thường gặp
Cầu vồng thực sự có bảy màu không?
Quang phổ là liên tục; bảy màu là cách gọi truyền thống thuận tiện, không phải bảy dải tách biệt tuyệt đối.
Vì sao không thể tới chân cầu vồng?
Cầu vồng phụ thuộc góc nhìn; khi bạn di chuyển, những giọt nước gửi ánh sáng tới mắt cũng thay đổi.
Cầu vồng đôi có màu đảo ngược không?
Có. Cung phụ do hai lần phản xạ trong giọt, nằm ngoài cung chính và có thứ tự màu đảo ngược.
Có thể thấy cầu vồng tròn không?
Có thể từ vị trí cao như máy bay khi giọt nước hiện diện bên dưới và đường chân trời không che phần dưới của vòng.