كيفية تشكل قوس القزح

مع تطور العلم تكشَّفت ظواهرٌ طبيعيةٌ كثيرةٌ لا طالما حيّرت البشر كظاهرة تشكل قوس القزح أو قوس المطر كما يُسميها البعض، فمن المعلوم للجميع أن الأمر مُتعلّقٌ بالماء وضوء الشمس، لكن بقي سبب ظهور الألوان مجهولًا حتى عام 1637 عندما توصل العالم رينيه ديكارت لتفسيرٍ علميٍّ يوضح ما يحدث للضوء حتى تظهر الألوان على شكل قوسٍ في السماء.

هو ظاهرةٌ طبيعيةٌ فيزيائيةٌ تحدث في الجو نتيجةً لانعكاس ضوء الشمس وانكساره وتوزعه عبر قطرات الماء فتظهر بذلك ألوان الطيف الضوئي على شكل قوسٍ مُنحنٍ مُتعدد الألوان، ويُشاهد من الزاوية المقابلة لأشعة الشمس حيث يتكون من قطراتٍ يمر منها الضوء وتكون متمركزةً على طول خطٍ ممتدٍ من الشمس إلى عين الناظر.

يظهر قوس القزح نتيجةً لتحلل الطيف الضوئي وهو حزمةٌ من الألوان المعروفة حسب ترتيب مُعيّن هو الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي، ويعتمد الكثيرون لتذكرها على عبارة Roy G Biv، لكن قد يُضيف البعض اللون النيلي بين اللونين الأزرق والبنفسجي بينما يعتقد البعض أنه قريبٌ جدًا إلى الأزرق لدرجةٍ يصعب معها تمييزه عنه.

كما ذكرنا؛ إن ظهور ألوان الطيف يعتمد على درجة انكسار ضوء الشمس عبر قطرات الماء بينما يتوقف اللون الظاهر على طول الموجة فمثلًا يمتلك اللون الأحمر أطول موجةٍ ضمن ضوء الشمس تبلغ حوالي 650 نانومتر ولهذا يظهر في الجهة الخارجية من القوس، أما اللون البنفسجي فيتميز بأقصر موجةٍ تبلغ حوالي 400 نانومتر ولذلك يظهر في الجهة الداخلية من قوس القزح.

يمر ضوء الشمس بثلاث مراحل حتى تشكل قوس القزح بألوانه المتعددة كاملة وفق الآتي:

يُفترض وفقًا لعملية الانعكاس أن يظهر اللون البنفسجي في الأعلى من قوس القزح والأحمر في الأسفل فلماذا يحدث العكس؟ في الحقيقة يُصبح اللون البنفسجي أعلى من اللون الأحمر عند خروجها من قطرة الماء إلا أن اللون البنفسجي يمر من فوق رأس الشخص الناظر إلى القوس بينما يصل اللون الأحمر الخارج من ذات القطرة إلى أسفل عين الشخص، أما المسافة بينهما فتتضمن بقية الألوان، لكن عين الشخص ترى الألوان وفق ترتيبٍ مقلوبٍ للترتيب الحقيقي الخارج من قطرة الماء.

نظريًّا لا بدّ أن تنطلق ألوان الطيف الضوئي خارجةً من قطرات المياه وفق خطٍ مستقيمٍ، لكننا نرى أنها تأخذ شكل القوس؛ لا يظهر قوس القزح من خلال قطرات ماء منتشرةً في سطحٍ مستوٍ فالقطرات منتشرةٌ في كل مكانٍ، والانعكاس يحدث في ثلاثة أبعاد ليظهر القوس دائريًّا وليس مُقوسًا وبالتالي عند الارتفاع عن سطح الأرض ستظهر دائرةٌ من الألوان بدلًا من القوس.

تنكسر الألوان خارجةً من قطرة الماء بنفس زاوية دخول ضوء الشمس إلى القطرة؛ فاللون الأحمر ينكسر بزاوية 42 درجة والبنفسجي بزاوية 40 درجة وتكون بقية الألوان بينهما، ونتيجةً لانتشار قطرات الماء في كل مكانٍ أثناء المطر تنكسر الألوان في كل اتجاهٍ.

حتى يتمكن الشخص من مشاهدة الألوان الناتجة عن انكسار الضوء يجب أن تصل إلى العين ضمن ذات زاوية انكسارها فعند تخيل ما يحدث سيُلاحظ تشكل ما يُشبه المخروط من خلال أشعة الألوان وقطرات الماء ويكون رأس المخروط هو عين الشخص الناظر إلى قوس القزح وجوانب المخروط هي أشعة الألوان المتجمعة عند عينه وفق درج انكسار كل لون، وبما أنّ سبعة ألوانٍ تنشأ، فلا بد أن تتشكل سبعة مخاريط لكن، ما تراه العين البشرية هو القاعدة الدائرية لتلك المخاريط لكل لونٍ على حدة.

ولأن هذه الدوائر المتحدة المركز، ويتواجد مركزها في القطر المعاكس للشمس فلا يتمكن الإنسان من رؤية كامل الدوائر بل يرى أقواسًا ملونةً منها، أما عند الصعود بالطائرة إلى منطقةٍ مرتفعةٍ ستظهر الدوائر كاملةً للعين المجرّدة.