Почему тень от горы указывает в центр радуги

Ясным летним вечером на пике Смит в Калифорнии фотографу Дейву Лоскьяво удалось запечатлеть редкое совпадение — треугольную тень от горы и круглую радугу, выстроившихся в одну линию. Снимок был сделан 13 июля этого года с пожарной вышки в национальном лесу Плумас, неподалеку от города Портола.

Кажется, будто величественная тень от горы указывает точно в центр изящной радуги. И это вовсе не случайность, а прямое следствие геометрии света. В этой статье мы разберем, почему так происходит, что такое антисолярная (иногда ее называют антисолнечная) точка и откуда берется угол в 42 градуса.

Сначала про тень от горы

Из-за низкого расположения Солнца над горизонтом тень, отбрасываемая горой, вытягивается на большое расстояние и естественным образом принимает сужающуюся треугольную форму. Ее вершина направлена в точку, противоположную садящемуся Солнцу.

Эта точка называется антисолярной. Она лежит на прямой, которая соединяет Солнце, голову наблюдателя и продолжается дальше — в сторону, ровно противоположную Солнцу. Когда Солнце находится у самого горизонта, антисолярная точка тоже находится вблизи линии горизонта, но с обратной стороны. Именно туда и указывает вершина тени.

А теперь про радугу

Антисолярная точка — это не только место, куда указывает тень, но и геометрический центр любой радуги. При этом радуга не просто описывает дугу вокруг антисолярной точки, угловой радиус этой дуги всегда равен примерно 42 градусам. Солнце при этом обязательно должно находиться за спиной наблюдателя. Вот почему тень от горы и центр радуги на снимке сошлись: обе привязаны к одной и той же точке напротив заходящего Солнца.

Осталось объяснить сам угол. После грозы воздух насыщен множеством водяных капель. Солнечный луч попадает на каплю и отражается от нее. При этом свет возвращается назад не прямо, а под определенным углом — примерно 42 градуса.

Все капли, которые видны под этим углом к антисолярной точке, и складываются для наблюдателя в дугу. По сути, каждый наблюдатель стоит на вершине воображаемого конуса, а основание этого конуса — окружность радуги. Поэтому радуга — явление сугубо личное: она зависит от того, где стоите вы, и где светит Солнце, и у каждого человека, строго говоря, она своя.

Кстати, из этого следует, что если Солнце находится над горизонтом на высоте больше 42 градусов, то увидеть на небе радугу невозможно — она полностью будет находиться под горизонтом.

Почему красный цвет снаружи, а фиолетовый внутри

Как известно, радуга состоит из 7 цветов, идущих в строго определенном порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Дело в том, что разные цвета преломляются немного под разными углами, из-за чего белый свет распадается на составляющие цвета. Красный свет отклоняется примерно на 42 градуса от антисолярной точки, а фиолетовый — примерно на 40. Поэтому красная полоса всегда оказывается на внешнем краю дуги, а фиолетовая — на внутреннем, остальные цвета выстраиваются между ними.

Тем же самым явлением объясняется и вторичная радуга, которая иногда возникает снаружи основной: там свет отражается внутри капли дважды, угловой радиус дуги увеличивается примерно до 50–52 градусов, а порядок цветов оказывается обратным.

Почему тень и радуга сошлись в одном кадре

Теперь картина складывается целиком. Вершина треугольной тени горы указывает в антисолярную точку. Центр небесной радуги лежит в той же самой антисолярной точке. Обе привязаны к одной точке напротив заходящего Солнца — оттого на снимке тень будто указывает прямо в сердце радуги.

Этот снимок — не только удача фотографа, а следствие того, как работает преломление света. Достаточно было оказаться в нужном месте с грозой впереди и заходящим Солнцем за спиной — и природа сама выстроила нужную композицию.