sateenkaari

Sateenkaaren värit kertovat valon luonteesta ja kirkkaus sadepisaroiden koosta

Pe, 04/20/2018 - 12:52 Markus Hotakainen

Sateisena päivänä pilvien jo hiljalleen hajaantuessa taivaalle voi leimahtaa upea sateenkaari. Silloin aurinko pilkahtaa pilvien raosta ja paistaa väistyvän sateen langettamiin pisaroihin.

Sateenkaari näkyy aina vastakkaisella puolella taivasta kuin aurinko, koska valo heijastuu sadepisaroista takaisin tulosuuntaansa. Pelkkä valon heijastuminen vesipisaroista ei kuitenkaan riitä selittämään sateenkaaren värejä, siihen vaaditaan myös valon taittumista.

Kun auringonvalo taittuu ja heijastuu vesipisaroissa, valkoiselta näyttävä auringonvalo hajoaa – kirjaimellisesti – sateenkaaren väreihin. Värejä on seitsemän paitsi jos on samalla kannalla kuin tieteiskirjailija Isaac Asimov. Hänen mukaansa "indigo ei ole koskaan tuntunut olevan sen väärti, että se ansaitsisi tulla pidetyksi omana värinään".

Yleensä kuitenkin puhutaan seitsemästä väristä. Punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti ovat väreinä sitä hehkuvampia ja kirkkaampia, mitä suurempia pilvistä tipahtelevat vesipisarat ovat.

Kun auringonvalo kulkee sadepisaran pinnan läpi, valon kulkusuunta muuttuu, koska se siirtyy harvemmasta aineesta tiheämpään: ilmasta veteen.

Valo heijastuu kertaalleen pisaran sisäpinnasta ja kun se taas poistuu vesipisarasta, sen kulkusuunta muuttuu jälleen: tällä kertaa se siirtyy tiheämmästä aineesta harvempaan eli vedestä ilmaan.

Kahden taittumisen ja yhden heijastumisen seurauksena valon kulkusuunta muuttuu vesipisarassa aina saman verran, 42 astetta. Siksi sateenkaari näkyy taivaalla vastapäätä aurinkoa ja kaartuu ilmiötä ihailevan katsojan pään varjon ympärille 42 asteen etäisyydellä.

Valon kulkusuunta ei kuitenkaan muutu täsmälleen 42 astetta, sillä valon eri aallonpituudet eli värit taittuvat eri tavoin: punainen taittuu vähiten ja violetti eniten. Siksi punainen väri on sateenkaaren ulkoreunassa ja violetti sen sisäreunassa. Niiden välissä ovat muut värit.

Usein kirkkaan sateenkaaren ulkopuolella näkyy toinen, hieman himmeämpi sivusateenkaari. Sen värit ovat samat kuin pääsateenkaaressa, mutta niiden järjestys on päinvastainen: ulkoreunalla on violetti ja sisäsyrjällä punainen.

Syynä päinvastaiseen järjestykseen on, että sivusateenkaaren synnyttävä valo heijastuu vesipisaroiden sisällä kahteen kertaan, kun pääsateenkaaren aikaansaava valo heijastuu vain kerran.

Sivusateenkaari on himmeämpi, koska sen valo heijastuu sadepisaran sisällä kahdesti. Jokaisessa heijastumisessa valoa menee hivenen haaskoon.

Sateenkaaren kirkkauden lisäksi ylimääräinen heijastus pisaran sisällä vaikuttaa myös kaaren kokoon. Valon kulkusuunta muuttuu kahden taittumisen ja kahden heijastumisen tuloksena noin 51 astetta. Siksi sivusateenkaari kaartuu katsojan pään varjon ympärillä 51 asteen etäisyydellä ja sen vuoksi sivusateenkaari on aina pääsateenkaaren ulkopuolella.

Pääsateenkaaren sisäreunalla näkyy toisinaan interferenssikaaria, joita ei pidä sekoittaa sivusateenkaareen. Joskus useita kertoja toistuvat vihreän ja sinisen sävyt johtuvat valon aaltoliikkeestä: interferenssissä hieman eri vaiheissa olevat aallot vahvistavat tai heikentävät toisiaan.

Pää- ja sivusateenkaaren välissä on niin sanottu Aleksanterin tumma vyöhyke. Sen alueelta tulee katsojan suuntaan vähemmän valoa kuin pääsateenkaaren sisäpuolelta ja sivusateenkaaren ulkopuolelta.

Nimensä vyöhyke on saanut Aleksanteri afrodisialaiselta, joka pohti sateenkaaren syntyä vuoden 200 tienoilla. Auringonvalon hajoamisen väreihin selitti Isaac Newton noin 1500 vuotta myöhemmin.

Sydänkesän keskipäivällä aurinko kohoaa eteläisessä Suomessa yli 53 asteen korkeudelle, joten silloin taivaalla ei voi näkyä sateenkaaria ollenkaan. Sekä pää- että sivusateenkaari jäävät taivaanrannan alapuolelle.

Sen vuoksi sateenkaaria näkyykin eniten alku- ja loppukesästä. Kun aurinko laskee alemmas, tulee ensin näkyviin sivusateenkaari – jos se on näkyäkseen – ja sitten myös pääsateenkaari.

Toisinaan horisonttia viistävää sateenkaaren voimakkaan punaista yläreunaa ei välttämättä edes tunnista sateenkaareksi. Vasta kun kaari auringon hitaasti vajotessa kohoaa ylemmäs, tulee näkyviin myös muita värejä ja ilmiön tunnistaa sateenkaareksi.

Aamupäivän puolella taivaanrantaa hipova sateenkaari tietysti vähitellen katoaa, kun auringon kipuaa yhä ylemmäs – edellyttäen, että sateenkaari pysyttelee taivaalla näkyvissä niin pitkään.

Kuvat: Markus Hotakainen

Kun tornado imaisi sateenkaaren...

To, 06/30/2016 - 10:20 Jari Mäkinen
Sateenkaarikuva, joka on huijausta

Tänään päivän kuva ei tulekaan tiedekeskuksesta, vaan internetin sopukoista. Netissä pyörii tällainen komea Yhdysvalloissa otetuksi väitetty kuva, jonka kerrotaan esittävän tornadoa, joka on niin voimakas, että se imee sateenkaaren myös sisäänsä. Yllätys: kuva on huijausta.

Päivän kuvaSateenkaari ei ole mikään fyysinen kappale, jonka pyörremyrsky voisi imaista sisäänsä. Vaikka tornado imisi pisaroita lähellään olevasta sadekuurosta, missä sateenkaari näkyy, eivät nuo pisarat käyttäydy tornadon sisällä eri tavalla kuin siellä mahdollisesti ja todennäköisesti olevat vesipisarat. 

Sateenkaari on optinen ilmiö, joka riippuu sadepisaroiden, Auringon ja katsojan sijainneista ja suunnista. Tyypillisesti kaari syntyy silloin, kun katsojan selän takana paistaa Aurinko (tai kuu) ja sadepilvi on jotakuinkin etupuolella – eli juuri kuvan esittämässä tilanteessa. Sillloin sateenkaaren keskipiste on täsmälleen vastakkaisella puolella horisonttia kuin Aurinko ja kaaren säde on 42°.

Lisäksi otollisissa olosuhteissa taivaalla voi näkyä sivu- ja interferenssisateenkaaria, mutta kuvassa olevaa pientä paikallista sateenkaarta pyörteen keskellä ei voi millään syntyä. 

Kuva on jälleen erinomainen esimerkki siitä, että "liian" komeat luontokuvat ovat yleensä kuvakäsitelyllä tehtyjä. 

Isaac Newtonin sateenkaari

Pe, 04/29/2016 - 07:03 Markus Hotakainen
Isaac Newtonin sateenkaariselitys

Päivän kuvana on sateenkaari – mutta tällä kertaa vuosikertaversiona.

Päivän kuvaKun Aurinko pilkahtaa sadepilvien lomasta, taivaalle leimahtaa monivärinen sateenkaari, toisinaan kaksikin. Kauniin luonnonilmiön selitys löytyy vuonna 1704 ilmestyneestä Isaac Newtonin teoksesta Opticks.

Pääsateenkaari syntyy auringonvalon heijastuessa vesipisaran sisällä kerran, sivusateenkaaren valo heijastuu kaksi kertaa. Kummassakin tapauksessa valon kulkusuunta muuttuu sekä sen mennessä pisaran sisään että tullessa siitä ulos.

Monisatasivuisessa Opticks-teoksessaan Newton tarkastelee valoa ja sen kulkua linssien ja muiden optisten elementtien läpi. Keskeisiä havaintoja oli valkoisen valon koostuminen eri väreistä: prisman avulla Newton sai aikaan sateenkaaren värit.

Optiikan tutkimusten yhtenä tuloksena oli peilikaukoputki, jonka perustyyppi tunnetaan edelleen newton-kaukoputkena.

Sateenkaaren seitsemän väriä

La, 03/19/2016 - 11:03 Markus Hotakainen
Sateenkaaren värit

Jos Aurinko sattuu sopivasti paistamaan pilvestä lankeavaan vesisateeseen, taivaalle syttyy kirkasvärinen sateenkaari.

Päivän kuvaVärejä sateenkaaressa on seitsemän – paitsi jos on samaa mieltä kuin tieteiskirjailija Isaac Asimov, jonka mukaan "indigo ei ole koskaan tuntunut olevan sen väärti, että se ansaitsisi tulla pidetyksi omana värinään".

Punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigonsininen ja violetti ovat sateenkaaressa aina samassa järjestyksessä, sillä ne ovat seurausta auringonvalon heijastumisesta ja nimenomaan taittumisesta vesipisaroissa. Kullakin värillä on oma aallonpituutensa – tai tarkemmin sanottuna aallonpituusalueensa – ja se taittuu tietyllä tavalla. 

Värit ovat samassa, mutta päinvastaisessa järjestyksessä myös toisinaan näkyvässä himmeämmässä sivusateenkaaressa, joka kaartuu pääsateenkaaren ulkopuolella. Kun pääsateenkaaressa punainen on uloin ja violetti sisin väri, sivusateenkaaressa uloimpana on violetti ja sisimpänä punainen.  

Syynä päinvastaisuuteen on, että sivusateenkaaren synnyttävä valo heijastuu vesipisaroiden sisällä kahteen kertaan, kun pääsateenkaaren aikaansaava valo heijastuu vain kerran.

Kuva: Tiedetuubi

Kesäkuvakisan satoa: vinoutunut sateenkaari

La, 09/12/2015 - 13:49 Toimitus
Juha Vartiainen: sateenkaari

Päivän kuvaHeinäkuun alussa alkaneen ja elokuun lopussa päättyneen kesäkuvakisan sadon setviminen jatkuu: pyysimme lähettämään kuvia, joissa on jotain kummallista: ilmiöitä, arvoituksellisia tapahtumia tai yksinkertaisesti jännittäviä asioita, joita emme pystyisi selittämään.

Eräs jännimmistä kuvista tuli Hiltulanlahdelta Juha Vartiaiselta. Kuvassa on sateenkaari, ja Juha kirjoitti saatteessaan siitä näin:

”Huomasin eilen illalla Auringon tulevan esiin, kun pienen ukkoskuuron jälkimainingeissa vielä satoi vettä, joten menin kameran kanssa pihalle odottamaan sateenkaarta, josta sitten muodostuikin harvinaisen komea.”

”Paras hetki oli kuitenkin ennen sitä kun huomasin ilmeisesti anomaalisen sateenkaaren pätkän. Nekin ovat suht´koht harvinaisia, mutta omituista tässä oli se, että ylimääräinen kaari oli sivusateenkaaren päällä. Tähän olisi mukava saada selitys; onko ennen havaittu ja onko selitys se sama litistyneet vesipisarat vai tarvitaanko ilmiön havainnollistamiseen korkeampaa matematiikkaa? Sää oli kuvaushetkellä käytännössä tuuleton, jonka vuoksi upea sateenkaarikin näkyi lähes tunnin ajan (anomaalinen noin vartin ajan).”

Juhan arvio osuu nappiin. Hän lähetti kuvasta kaksi versiota, alkuperäisen (alla) ja otsikkokuvana olevan käsitellyn, missä ilmiö näkyy korostettuna.

Sateenkaarien tiedettä

Sateenkaari syntyy periaatteessa siten, että Auringosta tuleva valkoinen valo osuu sopivasti sateeseen ja valkoisen valon sisältämät eri valon aallonpituudet heijastuvat ja taipuvat pisaroiden sisällä hieman eri tavoin. Pisara on juuri sopivan muotoinen ja veden optinen tiheys on juuri oikea, jotta pisarat toimivat kuin valoa eri väreihin hajottavat prismat.

Jotta sateenkaaren voisi nähdä, tulee Auringon (tai muun valonlähteen) olla katsojan takana ja sateen edessä. Silloin kaari muodostuu siten, että sen keskipiste on juuri vastakkaisella puolella taivasta kuin Aurinko (tai muu valonlähde) ja kaaren säde on 42°.

Lisäksi, jos tilanne on oikein otollinen, saattaa näkyvissä olla sivusateenkaari pääsateenkaaren ulkopuolella. Sen säde on 51° ja se syntyy valon kaksinkertaisesta heijastumisesta pisaran sisällä.

Tosinaan sateenkaarissa näkyy myös selvästi ”ylimääräisiä” kaaria, niin sanottuja interferenssikaaria. Ne syntyvät pisarassa eri reittiä kulkeneiden, mutta samaan suuntaan poistuvien säteiden aallonhuippujen osuessa päällekkäin, jolloin valo vahvistuu, tai eri kohtiin, jolloin valo heikkenee.

Näitä näkyy myös Juhan kuvassa ja ne antavat osaltaan myös viitteistä siitä, että sadekuuro on ollut varsin voimakas ja Auringon valo on osunut siihen todella mainiosti. Interferenssikaaret ovat pääkaaren sisäpuolella, mutta sivusateenkaaressa ne ovat ulkopuolella – mutta kuvassa selvästi näkyvä kaarenpala ei ole sellainen.

Tyypillisin syy omituiseen, ylimääräiseen sateenkaareen on heijastus. Valo heijastuu esimerkiksi järven tai meren pinnasta, jolloin tämä heijastunut valo muodostaa toisen, samaan aikaan näkyvän sateenkaaren hieman eri kohtaan.

Juhan mukaan vesialueita ei ole kuitenkaan ihan kuvauspaikan lähellä: ”Isompi järvi sateenkaaren suunnalla on noin 10 km päässä. Pienempiä lampia voi jossakin olla, mutta ei ainakaan parin-kolmen kilometrin säteellä.”

Ja kuten Juha itsekin vastauksessaan totesi, ne ovat liian kaukana. Siksi todennäköisintä on se, että kyseessä on jokin harvinaisempi sateenkaari-ilmiö. Sellaisia ovat esimerkiksi sateenkaaren puolat, tumma vyöhyke, nollannen kertaluokan hehku, korkeamman kertaluokan sateenkaaret ja anomaalinen sateenkaari. Näistä löytyy tietoa mm. Ursan Ilmakehän optisten ilmiöiden oppaasta ja kuvia on myös Ursan Taivaanvahdissa.

simulaatio ilmiöstäKuvassa onkin – juuri kuten Juha arveli – mitä todennäköisimmin vääristynyt, anomaalinen sateenkaari, joka on hyvin harvinainen. Sellaisia on kuitenkin havaittu juuri voimakkaissa sadekuuroissa, jolloin pisarat ovat litistyneitä ja mahdollisesti myös muuten epämuodostuneita. Usein ukkossateissa voimakkaat, paikalliset tuulet ja ilmavirtaukset piiskaavat myös pisaroita.

Näin kaaren säde muuttuu ja se voi jakautua kahdeksi, hieman toisistaan erillään olevaksi kaareksi yleensä juuri kaaren yläosassa.

Tällaisista on hyviä esimerkkejä ja simulaatioita (kuten oikealla) erinomaisella ilmakehäoptiikan sivulla Atmospheric Optics, ja koska kuvan ilmiö täsmää niihin, on aika todennäköistä, että kuvassa on juuri tällainen anomaalinen sateenkaari. Harvinainen, mutta ei tuntematon.

Mutta kuten Ursan opas tässä yhteydessä toteaa, on sateenkaaria ”havaittu ja tutkittu pitkään, mutta ei ole millään tavalla mahdotonta, etteikö vieläkin jotain uusia ja poikkeavia sateenkaari-ilmiöitä voitaisi löytää ja havaita!”

Sumuinen kaari syysaamuna

Ma, 08/31/2015 - 11:36 Markus Hotakainen
Sumukaari

Päivän kuva

Syksy on aamusumujen aikaa. Siinä missä kesäistä taivasta koristaa usein iltapäiväkuuron väistyessä kirkasvärinen sateenkaari, syysaamuna kannattaa kurkistella taivaalle sumukaaren toivossa.

Sumukaari syntyy samalla tavalla kuin sateenkaari – eli auringonvalon taittuessa ja heijastuessa vesipisaroissa – mutta se on harvinaisempi ilmestys, sillä auringonpaiste ja sumu eivät ole kovin yleinen eivätkä etenkään pitkäikäinen yhdistelmä. 

Sumukaari näkyy sateenkaaren tavoin Auringon vastapisteen ympärillä. Sateenkaaren värit ovat sitä kirkkaammat mitä isommissa pisaroissa valo taittuu ja heijastuu. Sama sääntö pätee myös toiseen suuntaan: pisaroiden koon pienentyessä värit haalistuvat. 

Sumu muodostuu sateen tavoin vesipisaroista, mutta ilmassa leijuvat pisarat ovat usein niin pieniä – läpimitaltaan alle 0,05 millimetriä – että sumukaari on yleensä pilvenvalkoinen. Toisinaan voi nähdä kaaren toisessa reunassa korkeintaan aavistuksen sinertävästä ja toisessa reunassa punaisesta väristä. 

Oivalliset olosuhteet sumukaaren näkymiseen ovat korkeahkolla paikalla, jolta avautuu näkymä sumun verhoamaan, alempana olevaan maisemaan. Tietysti edellytyksenä on myös selän takaa tuleva auringonpaiste. Onnenkantamoinenkaan ei ole haitaksi, sillä Aurinko saa sumun katoamaan nopeasti: on oltava oikealla paikalla oikeaan aikaan.

Populaaripuuroa: Sateenkaaren päässä on erhe

 

"IS:n lukija ikuisti harvinaisen sääilmiön"

Näin Ilta-Sanomissa hehkutettiin pari päivää sitten "tuplasateenkaarta", jonka lukija oli onnistunut ikuistamaan (otsikkokuva ei liity tapaukseen). Kuvaajaa voi onnitella hienosta otoksesta, mutta samalla on pakko tuottaa pettymys: tuplakaari ei ole mitenkään erityisen harvinainen. Etenkin jos pääsateenkaari on kirkas, näkyy sen ulkopuolella aika usein himmeämpi, mutta silti selvästi erottuva sivusateenkaari.

Rariteetiksi luonnehdinta ei kuitenkaan ollut jutun ainoa tai edes pahin virhe. Tekstissä erehdyttiin selostamaan tuon "harvinaisen" toisen sateenkaaren syntyä. Ja metsäänhän siinä mentiin. Tai oikeastaan järveen.

Wikipediaan nojaava selitys lähtee siitä, että "moninkertaisia sateenkaaria voi syntyä, kun valonlähteitä on useampia". Tämä on ihan totta.

Jatkokin pitää kutinsa: "Toinen valonlähde syntyy yleensä heijastuksen aikaansaamana. Heijastus taas tapahtuu yleensä vedenpinnasta…" Vieläkin ollaan oikeilla jäljillä, mutta sitten: "…kuten tässäkin tapauksessa".

No nimenomaan tässä tapauksessa valo ei heijastu vedenpinnasta, valonlähteitä ei ole useampia eikä kyseessä ole moninkertainen sateenkaari.

Sateenkaari syntyy auringonvalon heijastuessa ja taittuessa vesipisaroissa. Kun valonsäde menee pisaran sisään – eli siirtyy ilmasta veteen, virallisemmin sanottuna harvemmasta väliaineesta tiheämpään – sen kulkusuunta muuttuu samaan tapaan kuin valon taittuessa linssissä.

Sitten valonsäde heijastuu pisaran "takaseinästä" ja muuttaa vielä kertaalleen kulkusuuntaansa tullessaan pisarasta ulos eli siirtyessään vedestä takaisin ilmaan.

Auringonvalon taittuessa se hajoaa spektrin väreihin, koska eri värit eli eri aallonpituudet taittuvat hieman eri tavoin. Keskimäärin pisaraan osuvan ja siitä lähtevän valonsäteen kulkusuuntien välinen kulma on 42 astetta. Siksi sateenkaari näkyy aina 42 asteen etäisyydellä Auringon vastapisteestä, joka on katselijan pään tai kuvaa otettaessa kameran heittämän varjon kohdalla.

Sivusateenkaari syntyy, kun auringonvalo heijastuu pisaran sisällä kahdesti. Silloin kulkusuunta muuttuu keskimäärin 51 astetta ja sillä etäisyydellä sivusateenkaari ympäröi Auringon vastapistettä. Ylimääräinen heijastus aiheuttaa myös sen, että sivusateenkaaressa värit ovat päinvastaisessa järjestyksessä pääsateenkaareen verrattuna: punainen on sisimpänä, violetti uloimpana.   

Tarkemmin sateenkaarista ja niiden synnystä on kerrottu Tiedetuubissa jo aiemmin.

Ehkä hupaisin detalji on jutun lopussa. Uutista kerrotaan korjatun: "Paltamo ei sijaitse Keski-Suomessa. Paltamo on Kainuuta."

Eikä kuvassa ole moninkertainen sateenkaari, vaan pää- ja sivusateenkaari. Ensin mainittu olisi ollut melko harvinainen, sillä se vaatii syntyäkseen tietynlaiset olosuhteet. Jälkimmäisten näkyminen edellyttää ainoastaan, että sataa ja paistaa. 

Sumuinen kaari Thamesilla

Ke, 12/11/2013 - 19:40 Markus Hotakainen

 

Kesäistä taivasta koristaa usein iltapäiväkuuron väistyessä kirkasvärinen sateenkaari. Sen synnystä auringonvalon heijastuessa ja taittuessa vesipisaroissa kerrottiin Tiedetuubissa viime keväänä.

Vastaavan valoilmiön voi toisinaan nähdä myös sumussa. Tällainen sumukaari on harvinaisempi ilmestys, sillä auringonpaiste ja sumu ei ole kovin yleinen yhdistelmä. Etenkin syksyisin on usein aamulla sumuista, mutta Auringon noustua sumu katoaa nopeasti. Sumukaari näkyy sateenkaaren tavoin Auringon vastapisteen ympärillä ja siinä voi näkyä samanlaisia ilmiöitä kuin sateenkaaren yhteydessä: sivukaari ja interferenssikaaria.  

Sateenkaaren värit ovat sitä kirkkaammat mitä isommissa pisaroissa valo taittuu ja heijastuu. Sama sääntö pätee tietenkin myös toiseen suuntaan: pisaroiden koon pienentyessä värit haalistuvat. Sumussa leijuvat pisarat ovat usein niin pieniä – läpimitaltaan alle 0,05 millimetriä – että sumukaaressa näkyy korkeintaan aavistus sinertävää ja toisessa reunassa punaista. Useimmiten värejä ei näy lainkaan. Jos sumupisarat ovat hyvin tasakokoisia, voi "pääkaaren" sisäpuolella näkyä useita pienempiä kaaria.  

Oivalliset olosuhteet sumukaaren näkymiseen ovat korkeahkolla paikalla, jolta avautuu näkymä sumun verhoamaan, alempana olevaan maisemaan; tietysti edellytyksenä on myös auringonpaiste. Ankarat vaatimukset täyttyivät joulukuisena aamuna Lontoon ydinkeskustassa. Sumulautat ajelehtivat pitkin Thamesia, kun pilvien saartama Aurinko alkoi hiljalleen nousta näkyviin. Westminsterin sillalta saattoi tähytä juuri oikeaan suuntaan ja kun auringonvalon määrä lisääntyi, aavemainen kaari ilmestyi puolen tunnin odottelun jälkeen hetkeksi näkyviin. 

Auringon alkaessa paistaa sumukerrokseen se hälveni nopeasti ja samalla sumukaari katosi. Sillalla parveilleilla turisteilla oli tuskin aavistustakaan, miksi lukuisista kameran kanssa touhuavista tyypeistä yksi tähyili pitkään viereisen Big Benin ja Parlamenttitalon sijasta sumun verhoamalle joelle.   

Sateenkaaren tuolla puolen

Su, 03/03/2013 - 10:30 Toimitus

Kesäisenä sadepäivänä pilvien jo hiljalleen hajaantuessa taivaalle voi leimahtaa upea sateenkaari. Silloin aurinko pilkahtaa pilvien raosta ja paistaa väistyvän sateen langettamiin pisaroihin. Sateenkaari näkyy aina vastakkaisella puolella taivasta kuin aurinko, koska valo heijastuu sadepisaroista takaisin tulosuuntaansa.

Pelkkä valon heijastuminen vesipisaroista ei kuitenkaan riitä selittämään sateenkaaren värejä, siihen vaaditaan myös valon taittumista. Kun auringonvalo taittuu ja heijastuu vesipisaroissa, valkoiselta näyttävä auringonvalo hajoaa – kirjaimellisesti – sateenkaaren väreihin. Punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti ovat väreinä sitä hehkuvampia ja kirkkaampia, mitä suurempia vesipisarat ovat.

Kun auringonvalo kulkee sadepisaran pinnan läpi, valon kulkusuuntaa muuttuu, koska se siirtyy harvemmasta aineesta tiheämpään: ilmasta veteen. Valo heijastuu kertaalleen pisaran sisäpinnasta ja kun se taas poistuu vesipisarasta, sen kulkusuunta muuttuu jälleen: tällä kertaa se siirtyy tiheämmästä aineesta harvempaan eli vedestä ilmaan.

Kahden taittumisen ja yhden heijastumisen seurauksena valon kulkusuunta muuttuu vesipisarassa aina saman verran, 42 astetta. Siksi sateenkaari näkyy taivaalla vastapäätä aurinkoa ja kaartuu ilmiötä ihailevan katsojan pään varjon ympärille 42 asteen etäisyydellä.

Valon kulkusuunta ei kuitenkaan muutu täsmälleen 42 astetta, sillä valon eri aallonpituudet eli värit taittuvat eri tavoin: punainen taittuu vähiten ja violetti eniten. Siksi punainen väri on sateenkaaren ulkoreunassa ja violetti sen sisäreunassa. Niiden välissä ovat muut värit eli oranssi, keltainen, vihreä ja sininen.

Usein kirkkaan sateenkaaren ulkopuolella näkyy toinen, hieman himmeämpi sivusateenkaari. Sen värit ovat samat kuin pääsateenkaaressa, mutta niiden järjestys on päinvastainen: ulkoreunalla on violetti ja sisäreunalla punainen. Sivusateenkaari on himmeämpi, koska sen synnyttävä valo heijastuu sadepisaran sisällä kahdesti. Jokaisessa heijastumisessa valoa menee hivenen haaskoon.

Sateenkaaren kirkkauden lisäksi ylimääräinen heijastus pisaran sisällä vaikuttaa myös kaaren kokoon. Valon kulkusuunta muuttuu kahden taittumisen ja kahden heijastumisen tuloksena noin 51 astetta, joten sivusateenkaari kaartuu katsojan pään varjon ympärille 51 asteen etäisyydellä. Siksi sivusateenkaari on aina pääsateenkaaren ulkopuolella. Pääsateenkaaren sisäreunalla näkyy toisinaan niin sanottuja interferenssikaaria, joita ei pidä sekoittaa sivusateenkaareen. Joskus useita kertoja toistuvat vihreän ja sinisen sävyt johtuvat valon aaltoliikkeestä: interferenssissä hieman eri vaiheissa olevat aallot vahvistavat tai heikentävät toisiaan.

Pää- ja sivusateenkaaren välissä on niin sanottu Aleksanterin tumma vyöhyke. Sen alueelta tulee katsojan suuntaan vähemmän valoa kuin pääsateenkaaren sisäpuolelta ja sivusateenkaaren ulkopuolelta. Nimensä vyöhyke on saanut Aleksanteri afrodisialaiselta, joka pohti sateenkaaren syntyä vuoden 200 tienoilla. Auringonvalon hajoamisen väreihin selitti Isaac Newton noin 1500 vuotta myöhemmin.

Sydänkesän keskipäivällä aurinko kohoaa eteläisessä Suomessa yli 53 asteen korkeudelle, joten silloin taivaalla ei voi näkyä sateenkaaria ollenkaan. Sekä pää- että sivusateenkaari jäävät taivaanrannan alapuolelle. Sen vuoksi sateenkaaria näkyykin eniten alku- ja loppukesästä.

Kun aurinko laskee alemmas, tulee ensin näkyviin sivusateenkaari – jos se on näkyäkseen – ja sitten myös pääsateenkaari. Toisinaan horisonttia viistävää sateenkaaren voimakkaan punaista yläreunaa ei välttämättä edes tunnista sateenkaareksi. Vasta kun kaari auringon hitaasti vajotessa kohoaa ylemmäs, tulee näkyviin myös muita värejä ja ilmiön tunnistaa sateenkaareksi. Aamupäivän puolella taivaanrantaa hipova sateenkaari tietysti vähitellen katoaa, kun auringon kipuaa yhä ylemmäs – edellyttäen, että sateenkaari pysyttelee taivaalla näkyvissä niin pitkään.

Vanhan kansanuskomuksen mukaan sateenkaaren päässä odottaa löytäjäänsä kulta-aarre. Sitä voi yrittää etsiä, mutta puuha voi osoittautua turhauttavaksi, koska sateenkaaren perään kiiruhtava aarteenetsijä joutuu huomaamaan, että sateenkaari pakenee samalla vauhdilla. Ehkä uskomus viittaa juuri tähän: kulta-aarteen löytäminen onnistuu yhtä helposti kuin sateenkaaren pään tavoittaminen.

Pääkuvan on ottanut davidyuweb ja se on julkaistu Creative Commons -lisenssillä Flickr-palvelussa.