รู้ไหมว่ารุ้งมีกี่แบบ แล้วเกิดขึ้นได้ยังไง ?

หน้าแรกTeeNee อาหารสมอง อาหารสมอง รู้ไหมว่ารุ้งมีกี่แบบ แล้วเกิดขึ้นได้ยังไง ?

สายรุ้งที่สมบูรณ์ที่สุด (Perfect Rainbow)
รุ้งที่งดงามที่สุดนั้นคือรุ้งที่แสดงให้เห็นชัดเจนทุกเฉดสีตั้งแต่ต้นจนจบวง ไม่ขาดกลาง พาดเป็นครึ่งวงกลมจรดผืนดิน หากใครสงสัยว่ารุ้งสามารถเป็นเต็มวงกลมได้หรือไม่ คำตอบก็คือทั้งได้และไม่ได้ ที่เต็มวงไม่ได้เพราะมีพื้นดินมาบังเอาไว้ครึ่งหนึ่ง แต่ตามทฤษฎีเขาบอกว่า ถ้าเราบินได้ ไปอยู่เหนือละอองน้ำ มองไปในหุบเขาก็จะเห็นเต็มวงได้เช่นกัน

แล้วมันเกิดขึ้นได้ยังไงละ ?
ฟ้าหลังฝนนั้นเต็มไปด้วยละอองน้ำเม็ดเล็กๆ เต็มไปหมด เมื่อแสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ตกกระทบเม็ดน้ำ ก็จะหักเห (Refract) เข้าไปในเม็ดน้ำ แสงสีขาวนั้นประกอบไปด้วยสี ม่วง-คราม-น้ำเงิน-เขียว-เหลือง-แสด-แดง แต่แสงสีต่าง ๆ หักเหได้ไม่เท่ากัน ผลก็คือ แสงสีขาวแตกกระจายเป็นแสงสีต่างๆ ในเม็ดน้ำ เมื่อแสงสีต่างๆ ตกกระทบผิวด้านในของเม็ดน้ำก็จะสะท้อน 1 ครั้ง จากนั้นก็จะหักเหออกมาจากเม็ดน้ำสู่ภายนอก มาเข้าตาเรา แสงสีแดงเข้าสู่ตาเราด้วยมุมเงยที่สูงกว่า จึงปรากฏอยู่ด้านบนของสายรุ้งตัวแรกนี้ แสงสีม่วงนั้นมีมุมเงยต่ำกว่า จึงอยู่ด้านล่าง

รู้ไหมว่ารุ้งมีกี่แบบ แล้วเกิดขึ้นได้ยังไง ?

นี่คือ รุ้งที่เราเห็นได้ชัด เรียกว่า รุ้งปฐมภูมิ (Primary Rainbow)

คราวนี้เรามาดูการกำเนิดรุ้งตัวที่สอง แสงสีขาวพุ่งเข้าไปในหยดน้ำ แล้วก็หักเห จากนั้นก็สะท้อน 2 ครั้ง
แล้วจึงหักเหออกจากเม็ดน้ำ พุ่งเข้าสู่สายตาเรา
แต่รุ้งตัวที่ 2 นี้สีม่วงมีมุมเงยมากกว่า สีแดงน้อยกว่า ผลก็คือ สีม่วงอยู่ด้านบน สีแดงอยู่ด้านล่าง สลับสีกับตัวแรกคล้ายภาพสะท้อน แต่จะอยู่สูงกว่าตัวแรกเสมอ (ถ้ามองเห็นได้) รุ้งตัวที่สองนี้มีชื่อว่า รุ้งทุติยภูมิ (Secondary Rainbow)

รุ้งสองชั้น (Supernumerary Rainbow)
รุ้งตัวแรก เรียกว่าปฐมภูมิ ตัวที่สองคือ ทุติยภูมิ ตัวแรกจะเห็นได้ชัดที่สุด มีสีแดงโค้งอยู่บนสุด และมีสีม่วงอยู่ด้านล่างสุดเสมอ ส่วนรุ้งตัวที่สองนั้น จะสลับสีกัน เอาม่วงไปอยู่ด้านล่างสุดและแดงกลับมาอยู่ด้านบนสุด รุ้งที่เกิดการหักเของแสง 2 ครั้ง และสะท้อนออกมา 2 ครั้ง สำหรับรุ้งแบบนี้ว่ากันว่าเป็นรุ้งที่เกิดไม่บ่อย

รุ้งซ้อนแถบดำ (Dark Band)
มองดูและฟังชื่อ ก็ดูน่ากลัวอย่างบอกไม่ถูก ความจริงเป็นแค่ปรากฏการณ์ที่รุ้งสองตัวมีการกระจายแสงเข้าหากัน และปรากฏแสงสะท้อนกลับมาของหยดน้ำจากรุ้งตัวแรกด้านใน ผสมกับแสงบนท้องฟ้า และแสงสะท้อนหยดน้ำด้านนอกจากตัวที่สอง และส่งภาพเฉดสีมาสู่สายตาเราไม่ได้ จึงเห็นเป็นภาพสีดำๆ นั่นเอง

รุ้งสะท้อนรุ้ง (Reflection Rainbo)
รุ้งแบบนี้นับว่าเห็นได้ยากมากทีเดียว ภาพนี้ถ่ายโดย Ann Bowker เมื่อนเดือนพฤษภาคม ปี 2003 ซึ่งปรากฏรุ้งพร้อมกัน 4 ตัว ทว่าแต่ละตัวไม่เห็นเป็นวงอย่างสมบูรณ์ ซึ่งอธิบายคร่าวๆ ได้ว่า รุ้งตัวแรกสะท้อนกลับแสงหยดน้ำไปยังตัวที่สอง และเมื่อมีอุณหภูมิที่อุ่นขึ้นทำให้เกิิดการกระจัดกระจายของแสงแดดบนท้องฟ้า ก็เกิดรุ้งตัวอื่นๆ ถัดมา ซึ่งส่วนใหญ่พบในบริเวณใกล้กับทะเลหรือแม่น้ำ

รุ้งพระจันทร์ (Moonbow)
ส่วนใหญ่เราเห็นรุ้งกันตอนกลางวัน แต่กลางคืนก็มีรุ้งเหมือนกันค่ะ ภาพนี้ถ่ายได้เมื่อ ธันวาคม 2003 ในช่วงเวลา 20 นาทีสุดท้ายก่อนเกิดพระจันทร์ข้างขึ้น เป็นรุ้งที่หาได้ยากกว่ารุ้งอื่นๆ มากที่สุด เพราะปกติพระจันทร์มีแสงได้ไม่เท่าพระอาทิตย์ แต่หากมีแสงมากพอในคืนพระจันทร์เต็มดวง และอยู่ฝั่งตรงข้ามกับฝนตก และท้องฟ้ามีสีเข้มมากพอ ก็จะปรากฏได้ตามที่เห็น แต่สีจะไม่สดใสมากนักเพราะแสงไม่มากพอที่จะกระตุ้นกรวยรับแสงในสายตาของพวกเรานั่นเอง

มูนโบว์ หรือ รุ้งจันทรา คือ รุ้งกินน้ำที่เกิดจากแสงจันทร์ไม่ใช่แสงอาทิตย์ จัทราจะค่อนข้างซีดจาง เนื่องจากแสงจันทร์มีความสว่างน้อยกว่าแสงอาทิตย์มาก เป็นเหตุให้รุ้งจัทราดูไม่ค่อยมีสีสันด้วยตาเปล่า (Cone Receptors ภายในตาคนเราจะมีประสิทธิภาพในการเห็นแสงสีน้อยลงในที่ที่มีแสงน้อย) การถ่ายภาพโดยเปิดหน้ากล้องเป็นเวลานานจะทำใ้ห้เห็นสีของรุ้งชัดเจนขึ้น บางครั้งคนจะสับสนและเรียก "พระจัทร์ทรงกลด" ว่าเป็น "รุ้งจันทรา" ทั้งๆ ที่ "พระจันทร์ทรงกลด" จัดเป็นปรากฏการณ์ประเภท "ฮาโล" ไม่ใช่ "รุ้งกินน้ำ" รุ้งจันทราจะเห็นได้ง่าย เมื่อพระจันทร์เต็มดวงอยู่ใกล้ขอบฟ้า ต่ำกว่า 42 ํ และท้องฟ้ามืด รุ้งจันทราจะเกิดด้านตรงข้ามกับดวงจันทร์ มีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ anti-lunar point

รุ้งบนก้อนเมฆ (Cloudbow)
ภาพนี้ถ่ายเมื่อ มกราคม 2004 โดยช่างภาพ Les Cowley ถ่ายปรากฏการณ์ที่ไม่มีฝนตกเลยสักนิด แต่เกิดรุ้งบนท้องฟ้า ผสมผสานแทรกตัวอยู่กับก้อนเมฆ เขาบอกว่าวันนั้นเป็นวันที่อากาศหนาวเย็นมาก และมีหมอกน้ำค้าง จึงเกิดหยดน้ำเล็กๆ ในอากาศ สร้างความชื้นที่แสดงสีสันโดยไม่ต้องอาศัยละอองฝน

แผนภาพตำแหน่งการเกิดปรากฏการน์บนท้องฟ้า จำลองจากแผนภาพในหนังสือ Kaleidoscop Sky ของ Tim Heard

รุ้งทรงกลด (Circumscribed Halo)
เส้นกลมๆ เป็นวงมีสีจางๆ คล้ายรุ้ง ที่เกิดได้ทั้งรอบพระอาทิตย์และพระจันทร์ เกิดจากที่มีละอองน้ำในชั้นบรรยากาศและกระทบกับแสงอาทิตย์หรือจันทร์ สะท้อนรังสีออกมาให้มีขนาดใหญ่กว่าเดิม จากรัศมีของเมฆที่อยู่สูง และหยดน้ำจับตัวเป็นผลึกขนาดเล็กเมื่อเรียงตัวไปในทิศทางเดียวกันก็เป็น วงแหวนขึ้นมา บางครั้งเป็นสีเขียวเพราะเกิดจากการสะท้อนแสง แต่บางครั้งเกิดเป็นสีแดงเพราะเกิดจากการหักเหของแสง

แล้ว "กลด" เกิดขึ้นได้อย่างไรละ ? "กลด" (ร่ม) ของดวงอาทิตย์นั้นเกิดจากการที่แสงอาทิตย์หักเห (Refractx ผ่านผลึกน้ำแข็งโดยผลึกน้ำแข็งที่ว่านี้มักอยู่ในเมฆซีร์โรสเตตัส (Cirrostratus) ซึ่งมีลักษณะคล้ายผ้าบางปิดหน้าหญิงสาว วงสีรุ้งกลมๆ หรือ "กลด" เรียกว่า ฮาโล (Halo) นี้อาจเกิดได้ทั้งรอบดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ ถ้าเป็นดวงอาทิตย์ทรงกลด ก็ Solar Halo ส่วนดวงจันทร์ทรงกลดก็ Lunar Halo

ทรงกลดอีกแบบเรียกกันว่า โคโรนา (Corona)
เป็นปรากฏการณ์ที่พบเห็นได้ไม่ยากนัก แบบนี้ไงคะ โปรดสังเกตุลักษณะของวงแสงซึ่งค่อนข้างเบลอๆ ไม่คมชัด (เหมือนกรณีฮาโล) อีกทั้งแสงสีแดงๆ ส้มๆ อยู่ด้านนอก (กลับลำดับสีของฮาโล) แล้ว "กลด" แบบ โคโรนาเกิดขึ้นได้อย่างไร ถ้าพูดว่ากลดแบบฮาโล (ไม่ว่าดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์) เกิดจากผลึกน้ำแข็งในเมฆ กลดแบบโคโรนาก็เกิดจากหยดน้ำ (ของเหลว) ในก้อนเมฆ

มาดูภาพประกอบกันค่ะ
ภาพแรก : แสงจันทราจากทางซ้ายมือ ส่องมายังโลก บางส่วนจ๊ะเอ๋กับหยดน้ำในอากาศ หรือในเมฆทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่เบี่ยงเบนเฉไฉไปจากเดิม การเบี่ยงเบนเฉไฉนี้ ภาษาฟิสิกส์ (แบบหรูๆ ) ว่า "การเลี้ยวเบน" หรือ Diffraction ออกเสียง ดิ๊ฟ-แฟร็กชั่น

ภาพที่สอง : คิดคลื่นแสงจากดวงจันทราหลายๆ ขบวน แต่ละขบวนเลี้ยวเบนในทิศทางแตกต่างกันไป ปรากฏว่า คลื่นแสงแต่ละขบวนนี้จะไปผสมผสานกัน (ภาษาฟิสิกส์เรียกว่า แทรกสอด - interfere) ทำให้บางทิศทางก็สว่างขึ้น บางทิศทางก็มืดลง (ตัวอย่าง : คำว่า Bright, 1st order maxima หมายถึงทิศทางที่สว่างจัดเป็นลำดับที่ 1 ตามมาด้วย Bright, 2nd order maxima ซึ่งสว่างเป็นลำดับที่ 2)

รอยยิ้มของท้องฟ้า (Upside-down rainbow)
บางคนเรียกภาพแบบนี้ว่ารุ้งมีตำหนิ แต่บางคนเรียกว่ารอยยิ้มของท้องฟ้า เป็นลักษณะแสงแบบเดียวกับการเกิดแสงทรงกลด แต่เกิดการรบกวนของอุณหภูมิจึงทำให้เกิดได้ไม่เต็มวง ซึ่งอาจถือได้ว่าการเกิดทรงกลดที่บิดเบี้ยวนี้ ยังก่อให้เกิดภาพอื่นๆ ได้อีกหลายรูปแบบด้วย เช่น ภาพเหมือนเมฆเรืองแสง หรือเฉดรุ้งขนาดสั้นบนท้องฟ้า

แล้วไอ้เจ้ารอยยิ้มเกิดขึ้นได้อย่างไรละ ?
รอยยิ้มบนท้องฟ้าหรือ CZA หรือโค้งเซอคัมซีนิทธัล (Circumzenithal Arc) CZA เป็นปรากฏการณ์คล้ายกับการเกิดรุ้ง เกิดจากการหักเหของแสงอาทิตย์ผ่านผลึกน้ำแข็งแนวนอนในก้อนเมฆบางประเภท CZA มีรูปร่างโค้งเป็นสีรุ้ง ขนาดประมาณ 1 ใน 4 ของวงกลม จุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดกลางฟ้า (Zenith) โค้งจะอยู่ขนานกับขอบฟ้า และอยู่ด้านเดียวกันกับดวงอาทิตย์ สีฟ้าจะอยู่ด้านในขอบโค้ง (ใกล้กับจุด Zenith) ขณะที่สีแดงจะอยู่ด้านนอกของโค้ง (ใกล้ขอบฟ้า) CZA นับเป็นฮาโลที่มสีสันสดใส และสว่างที่สุดประเภทหนึ่งทีเดียว

คลื่นรุ้ง (Nacreous Clouds)
ภาพที่ว่ากันว่าหายากมากที่สุด คือเฉดสีที่มีการเคลื่อนไหวไปมา เหมือนถูกกระแสลมพัด ภาพนี้ถ่ายได้เมื่อปี 2004 โดยช่างภาพ Cherie Ude ซึ่งเขาบอกว่าจำได้ไม่มีวันลืม ในช่วงหลังพระอาทิตย์ตกประมาณ 2 ชั่วโมง แต่ยังมีแสงสว่างอยู่ จากแสงสว่างมีการเปลี่ยนสีเหมือนรุ้งกินน้ำ ซึ่งอธิบายว่าเกิดจากลักษณะลมในชั้นบรรยากาษที่โจมตีเข้ามา

รุ้งไฟ
เกิดขึ้นในเมฆเซอรัส ที่ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง (โดยปกติอยู่ที่ความสูง 6 กิโลเมตร เหนือน้ำทะเล) ขณะที่ดวงอาทิตย์อยู่เหนือขอบฟ้า 58 ํ แสงอาทิตย์ส่องกระทบเกล็ดน้ำแข็งรูป 6 เหลี่ยม ที่บางและโปร่งแสง เกิดการหักเหและสะืท้อนออกมาเป็นแสงสีต่างๆ

พระอาทิตย์สุนัข (Sundog)
เป็นภาพที่อธิบายกันว่า เมื่อพระอาทิตย์ลอยต่ำจนถูกเมฆบดบังก็จะเกิดแสงสว่างขึ้น 2 จุด เป็นภาพลวงตาของอาทิตย์ที่รังสีทาบความยาวตามแนวขอบฟ้า ถ้ามีปลายส่วนที่ยื่นออกมาเหมือนหางสุนัขก็จะถูกเรียกว่า Sun Dog หรือ พระอาทิตย์สุนัขนั่นเอง

แล้วไอ้เจ้า Sundog เกิดขึ้นได้อย่างไรละ ?
ซันด๊อก เป็นปรากฏการณ์ทางแสงอย่างหนึ่ง มักเกิดเป็นคู่ อยู่ด้านซ้าย-ขวา ในแนวระนาบเดียวกับดวงอาทิตย์ ขนานกับพื้นดิน ซันด๊อกอาจปรากฏเป็นจุดสว่างบนฮาโล หรืออาจมีรูปร่างคล้ายกับดาวหางก็ได้ ซันด๊อกอาจมีสีรุ้งได้ โดยที่สีแดงจะอยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ และสีฟ้าขาวอาจปรากฏในส่วนหาง ซันด๊อก เกิดจากการหักเหและสะท้อนแสงของอาทิตย์ กับผลึกน้ำแข็งแท่ง 6 เหลี่ยม ภายในเมฆเซอรัส (Cirrus) หรือ เซอโรสตราตัส (Cirrostratus) เมฆน้ำแข็งอื่นๆ เช่น Ice Fog และ Diamond Dust ก็สามารถทำให้เกิดซันด๊อกได้เช่นกัน

ซันด๊อกมักเกิดเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ใกล้กับขอบฟ้า คือหลังพระอาทิตย์ขึ้น หรือ ก่อนพระอาทิตย์ตก หรือในช่วงเดือนในฤดูหนาวในเขต Mid-Latitades โดยจะอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นมุม 22 ํ และจะปรากฏบนวงของฮาโลถ้าเกิดปรากฏการณ์ฮาโล