Wir wissen, dass der einzelne Regenbogen, den wir sehen, eigentlich ein durchgehender Regenbogenkegel ist. Wenn ja, warum sehen wir dann nicht diesen Kegel statt eines einzelnen, weit entfernten Regenbogens?
Wenn Sonnenlicht in einen (ungefähr) kugelförmigen Wassertropfen eintritt, wird es am Eintrittspunkt gebrochen, möglicherweise ein- oder mehrmals von der Innenfläche des Tropfens reflektiert und dann am Austrittspunkt erneut gebrochen. Ein erheblicher Teil des Lichts tritt ein, wird einmal intern reflektiert und tritt dann aus, wobei es in einem Winkel von etwa 41° zum einfallenden Strahl austritt. Für einen einzelnen Tropfen tritt das Licht, das einem solchen Weg folgt, in einem Kegel aus, der auf die Sonne zentriert ist und einen Halbwinkel von 41 ° aufweist.
Wenn das Licht an der Luft/Wasser-Grenzfläche gebrochen wird, ist der Winkel wellenlängenabhängig. Das Ergebnis ist, dass der Kegel eigentlich ein kegelförmiger Regenbogen ist, der von einem inneren blauen Kegel in einem Winkel von 40° bis zu einem äußeren roten Kegel in einem Winkel von 42° reicht .
Natürlich können Sie den Regenbogen nicht von einem einzelnen Wassertropfen aus sehen, weil Sie nur Licht sehen, das zu Ihren Augen gelangt. Die Farbe (falls vorhanden), die Sie von einem Tropfen sehen, ist also der Teil des Regenbogenkegels dieses Tropfens, dessen Licht Ihr Auge trifft. Das Ergebnis ist, dass Ihr Auge Farben sieht, die von einem umgekehrten Tropfenkegel kommen; Tropfen in einem Winkel von 42° zwischen Ihnen und der Sonne leuchten rot, die in einem Winkel von 40° leuchten blau und die dazwischen leuchten in Zwischenfarben.
Nun, warum können Sie die Farbkegel nicht als tatsächliche Kegel sehen? Da die Spitzen der Kegel alle vor Ihrem Auge liegen, kann Ihr Auge die Tiefe des Kegels nicht erkennen.
Und warum springt das Licht intern immer genau einmal? Antwort: tut es nicht. Manches Licht wird zweimal reflektiert und kommt in einem etwas anderen Winkel wieder heraus, wodurch ein doppelter Regenbogen entsteht . Eine andere Anzahl von Sprüngen bildet andere Regenbögen, aber sie sind im Allgemeinen schwer zu sehen.
Die Schwierigkeit besteht darin, sie voneinander zu unterscheiden.
Konstruktionsbedingt überlappen sich diese "mehreren Regenbögen" im Sichtfeld des Beobachters, und im Allgemeinen sind die Abstände, insbesondere bei atmosphärischen Regenbögen, normalerweise groß, sodass es schwer zu sagen ist, wo genau die Strahlen, die Sie sehen, austreten, selbst wenn dies erforderlich ist Tröpfchen und Licht sind in einem großen Bereich vorhanden.
Sie können jedoch mit einem Gartenschlauch einen Regenbogen erzeugen, und dann ist der Regenbogen in Ihrer Nähe und es ist einfacher, das Vorhandensein des Kegels zu testen.
Eine interessante Option besteht darin, Ihre Frage als einfaches geometrisches Optikproblem mit einem virtuellen Bild im Unendlichen zu behandeln. Dann ist das durch den Regenvorhang erzeugte Regenbogenbild der einzige scheinbare Ursprung der Lichtstrahlen, die von Beobachtern, entweder Auge oder Kamera, an verschiedenen Beobachtungsorten empfangen werden. Dieser scheinbare Ursprung ist ein einzelner 42°-Kreis in unendlicher Entfernung (weil parallele Strahlen von einem einzigen "Punkt" im Unendlichen zu stammen scheinen).
Ihre Frage, warum das Auge statt eines einzelnen, weit entfernten Regenbogens keinen Kegel sieht, wird also durch die reine geometrische Optik beantwortet. Es ist vergleichbar mit dem Blick in den Spiegel und der Frage, warum das Auge ein Bild sieht und nicht die Lichtstrahlen und die Partikel des Spiegels.
Michael Seifert
jkien