وثيقة علمية : علم البصريات

بين الواقع والأسطورة :
إن الظهور المفاجىء لقوس قزح قد أثر دائما على مخيلة الناس قبل إيجاد شرح له، ففي الأصل كان قوس قزح يمثل الاتفاق بين البارئ ونوح بعد الطوفان- بمعنى أن المياه لن تتحول إلى طوفان من جديد للقضاء على الحياة، أو وفقا لرواية أوروبية فبطرف قوس قزح قدر من الذهب، أو يمثل قوس قزح في الأساطير الأفريقية ثعبانا عملاقا ينذر المنزل الذي يصيبه بالشؤم، بينما يمثل للآخرين جسرا ممتدا إلى الجنة...- وظل الغموض يحيط بقوس قزح حتى قام "رونيه ديكارت" بالكشف عنه عام ١٦٣٧

قوس قزح الأولى: هو قوس قزح الداخلي وألوانه من أعلى إلى أسفل هي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي
وقوس قزح الثانوي: هو قوس قزح الخارجي، ويكون ترتيب الألوان معكوسا.

ما هو قوس قزح ؟
إن قوس قزح مظهر مدهش ناتج من تحليل الضوء الأبيض (الصادر عادة من الشمس) إلى إشعاعات ذات أطوال موجية مختلفة تخص كل واحدة منها لونا معين. وتظهر ألوان الطيف الناتجة عن تحليل الضوء الأبيض بطريقة طبيعية (وهي أساسا ألوان الطيف السبع لقوس قزح: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي). وتقوم قطرات الماء الموجودة بالجو بتحليل الضوء الأبيض تماما كما يفعل المنشور.

كيف يتحلل الضوء الأبيض ؟
يتم تغيير مسار الضوء عند اختراقه لقطرة الماء، وهناك من بين المسارات التي يمكن أن يسلكها الضوء مسارا واحدا هو المسبب لقوس قزح الداخلي: حيث يتم انكسار الضوء (أى إنه يعبر السطح الفاصل بين الهواء والماء فينحرف قليلا) ثم ينكسر ثم ينحرف من جديد للخروج من قطرة الماء مما يعني أن الضوء قد انحرف عن مساره بزاوية ٤٢º تقريبا.

ولكن لماذا تم تحليل الضوء الأبيض ؟
تتوقف زاوية الانكسار أو الانحراف في الواقع على طول الموجة، فمثلا زاوية الانحراف لطول الموجة الخاصة باللون الأزرق هي ٤٠,٦ º بينما تساوي ٤٢º للون الأحمر، وبالتالي عند الخروج من القطرة تنتشر الألوان المكونة للضوء الأبيض وتكون قوس قزح الأولي. وبالانعكاس الإضاةء في داخل القطرة نحصل على قوس قزح الثانوي الذي تعادل زاوية انحرافه ٥١º تقريبا.

شكل قوس قزح.... لماذا نرى قوس قزح ؟
لنضع أنفسنا مكان المشاهد فحتى يتمكن من رؤية قوس قزح، ينبغي أن يصل الضوء المنبعث من قطرة الماء إلى عينه، وبالتالي فهو لا يستطيع أن يرى كل الأشعة المنبعثة من نفس القطرة. ولكنه سيرى اللون الأزرق المنبعث من بعض القطرات واللون الأحمر المنبعث من قطرات أخرى...إلخ.

Fig. ٣


تقع القطرات التي ينبعث منها اللون الأحمر الذي يصل إلى عين المشاهد فوق مخروط - قمته المشاهد ومحوره الخط المستقيم المار بعين المشاهد والموازي لأشعة الشمس، وزاويته عند القمة وهي زاوية انحراف اللون الأحمر وهي ٤٢º، وهكذا بالنسبة لبقية الألوان. وفيرى المشاهد بالتالي مجموعة من الدوائر أو بالأحرى أقواس لأن الأرض تحجب جزءا من هذه الدوائر.

Fig. ٥

لا يمكن المرور تحت قوس قزح...
إن موقع قوس قزح هو موقع وهمى، فلا يستطيع شخصان رؤية نفس قوس قزح بدقة، بل في الواقع يرى كل مشاهد قوس قزح الناتج عن القطرات الموجودة فوق مخروط المشاهدة الخاص به (والذي يمثل هو قمته) وينتقل مع انتقاله! فينتقل قوس قزح الذي يراه المشاهد بنفس الوقت الذي ينتقل هو فيه، لذا لا يستطيع المشاهد أبدا بلوغه أو حتى المرور أسفله.


متى نرى قوس قزح ؟
نشاهد بالشكل رقم (٥) أن الشمس والمشاهد ومركز القوس يقعون جميعا على نفس الخط، وبالتالي كلما كان مستوى الشمس منخفضا كلما ارتفع مركز قوس قزح، وبالعكس كلما ارتفعت الشمس كلما انخفض القوس، ويصبح غير مرئيا عندما ترتفع الشمس عن ٤٢º من خط الأفق. لذا لا يكون قوس قزح مرئيا بخطوط العرض الوسطى إلا في الصباح والمساء.


منطقة ألكسندر المظلمة...
تكون السماء مظلمة بين قوس قزح الداخلي وقوس قزح الخارجي. ففي الواقع لا ينبعث أى شعاع ضوئي من القطرة بين الزاوية ٤١º الخاصة بالقوس الأولى والزاوية ٥١º الخاصة بالقوس الثانوي مما يؤدي إلى وجود عجز بالضوء في هذه المنطق، ويطلق على تلك المنطقة "منطقة ألكسندر المظلمة" تكريما لأول من قام بوصفها، وهو "ألكسندر دافروديزياز".