Gökkuşağı Nasıl Oluşur? Işığın Yağmur Damlalarındaki Yolculuğu

Gökkuşağının oluşması için gerekli koşullar

Gökkuşağının görülebilmesi için üç unsurun birlikte bulunması gerekir: Güneş ışığı, havadaki yağmur ya da su damlaları ve uygun konumdaki bir gözlemci. Güneş’in gözlemcinin arkasında, yağmur damlalarının ise karşı yönde bulunması gerekir. Böylece Güneş’ten gelen ışık damlalara ulaşır, damlalarda yön değiştirir ve gözlemciye doğru geri gönderilebilir.

Güneş ışığının geliş yönü ile damlalardan gözlemciye gelen ışığın yönü arasındaki açı da önemlidir. Gözlemci, belirli bir yöndeki damlalardan çıkan ışınları görebilir; bu nedenle gökkuşağı gökyüzünün her yerinde aynı anda oluşmuş gibi görünmez. Örneğin yağmur yağarken Güneş arkanızda kalırsa ve karşı tarafta güneş ışığını alan yağmur damlaları bulunursa, o yönde renkli bir yay görme olasılığınız artar.

Gökkuşağını oluşturan tek bir damla değil, gözlemcinin görüş doğrultusunda uygun konumda bulunan çok sayıda damladır. Farklı damlalar, ışığın farklı renklerini gözlemcinin gözüne yönlendirerek birlikte görünen geniş renkli yayı meydana getirir. Gözlemci birkaç adım yer değiştirdiğinde damlalarla arasındaki doğrultu değiştiği için görülen gökkuşağının konumu da değişir. İkincil gökkuşağının oluşumu ise ışığın damla içindeki farklı bir yol izlemesiyle ilgili ayrı bir konudur.

Işığın yağmur damlasına girerken kırılması

Güneş ışığı havadan suya geçerken hızında ve doğrultusunda değişiklik olur; bu olaya kırılma denir. Işın, damlanın yüzeyine tam dik gelmiyorsa suya girerken yön değiştirir. Gökkuşağının ilk aşamasında Güneş’ten gelen ışığın yağmur damlasına doğru bükülmesi bu şekilde gerçekleşir.

Damlanın küresel yüzeyi, ışığın her noktada farklı bir açıyla karşılaşmasına neden olur. Bu yüzden damlaya giren ışın, doğrusal yolunu sürdürmek yerine damlanın içine doğru yönlenir. Bu ilk yön değişikliği, ışığın damla içinde ilerleyip daha sonra iç yüzeye ulaşmasını sağlar.

Beyaz ışığın renklere ayrılması

Güneş ışığı gözümüze beyaz görünse de farklı renklerdeki ışıkların birleşiminden oluşur. Bu renklerin su içindeki ilerleme biçimleri aynı değildir. Her renk, suya girerken biraz farklı miktarda kırıldığı için beyaz ışık damlanın içinde birbirinden ayrılmaya başlar.

Bir ışık demetinin renklerine ayrılmasına dağılım denir. Damlanın yüzeyine giren beyaz ışık, kırılma sırasında tek bir demet olarak kalmaz; kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mor gibi renk bileşenleri farklı yönlere sapar. Böylece başlangıçta üst üste bulunan renkler, damlanın içinde ve damladan çıkış sırasında birbirinden ayrılabilir.

Örneğin bir yağmur damlasına giren beyaz ışık, damlanın içinde ilerlerken kırmızı ve mor ışığın aynı doğrultuda gitmediği bir duruma dönüşür. Çok sayıda damladan gelen bu ayrılmış ışıklar gözlemciye ulaştığında gökyüzünde tek renkli bir ışık yerine renkli bir bant görülür.

Işığın damla içindeki yansıması ve çıkarken yeniden kırılması

Işık damlanın içine girdikten ve renklerine ayrılmaya başladıktan sonra damlanın arka tarafındaki iç yüzeye ulaşır. Bu yüzeyde ışığın bir bölümü damlanın dışına geçmek yerine damlanın içinde geri yansır. Yansıma, ışığın bir yüzeye çarpıp geldiği ortama doğru yön değiştirmesidir. Böylece ışık, damlanın içinde yansıma yasasına uygun olarak yön değiştirir ve damlanın ön tarafına doğru ilerlemeye başlar.

Yansıyan ışık damlanın ön tarafına geldiğinde bu kez sudan havaya geçer. Ortam değiştiği için ışık burada yeniden kırılır ve doğrultusu tekrar değişir. Damlanın biçimi, ışığın iç yüzeye çarpma noktası ve Güneş’ten gelen ışığın yönü; çıkan ışınların hangi doğrultuya gideceğini belirler. Renkler damla içinde ayrılmış olduğundan, damladan çıkarken farklı renkler gözlemciye aynı açıyla ulaşmaz.

Örneğin gözlemcinin arkasındaki Güneş ışığı karşıdaki bir damlaya girer, damlanın arka iç yüzeyinden yansır ve ön yüzeyden çıkarken gözlemciye doğru yönelirse bu damla görülen ışığa katkı sağlar. Yan yana çok sayıda damla aynı işlemi yaptığında göz, farklı damlalardan gelen renkleri birlikte algılar. Bu nedenle gökkuşağı, damlaların yalnızca ışığı saçmasıyla değil, kırılma ve iç yansımanın art arda gerçekleşmesiyle oluşur.

Gökkuşağının yay şeklinde görünmesi

Gökkuşağının biçimi, damlaların gökyüzünde rastgele dağılmasından çok gözlemcinin görüş geometrisiyle ilgilidir. Gözlemci, Güneş’in karşı yönünde belirli doğrultulardan gelen ışınları görebilir. Bu doğrultular gökyüzünde tek bir düz çizgi üzerinde değil, gözlemcinin çevresindeki belirli bir görüş konisi boyunca dağıldığı için renkler yay biçiminde görünür.

Yerden bakıldığında ufuk, gökkuşağının gökyüzünün alt bölümünü örtebilir; bu nedenle çoğunlukla bir yayın üst kısmı görülür. Uygun bir görüş yüksekliği ve yağış düzeninde yayın daha büyük bir bölümü algılanabilir. Görülen yay, gözlemcinin konumu değiştikçe başka damlalardan gelen ışıklarla yeniden oluşur; yani gökyüzünde sabit bir renk şeridi değildir.

Gökkuşağındaki renklerin sıralanması

Gökkuşağındaki renklerin sırası, renklerin su damlasına girerken ve çıkarken farklı miktarlarda kırılmasıyla belirlenir. Kırmızı ışık daha az, mor ışık daha fazla sapar. Bu nedenle damladan çıkan renkler farklı yönlere ayrılır ve gözlemcinin gördüğü yay üzerinde belirli bir diziliş oluşturur.

Genellikle yayın dış kenarında kırmızı, iç kenarında ise mor görülür; aradaki renkler bu iki renk arasında sıralanır. Kırmızı ışığın daha az yön değiştirmesi onu yayın dış tarafına, mor ışığın daha fazla yön değiştirmesi ise iç tarafa yerleştirir. Örneğin gözlemci, aynı yağış bölgesindeki damlalardan kırmızı ışığı bir doğrultuda, mor ışığı ona göre biraz daha içteki doğrultuda alır; çok sayıdaki damla bu düzeni kesintisiz bir renk bandı gibi gösterir.