Sau cơn mưa, khi ánh nắng ló dạng, bầu trời thường rực rỡ với dải màu sắc của cầu vồng. Hiện tượng thiên nhiên này không chỉ đẹp mắt mà còn ẩn chứa những quy luật khoa học thú vị, giải thích tại sao cầu vồng lại xuất hiện trong những khoảnh khắc đặc biệt như vậy.
Cầu vồng là gì?
Cầu vồng là một hiện tượng quang học tuyệt vời, xảy ra khi ánh sáng mặt trời tương tác với các giọt nước trong khí quyển, tạo nên một dải màu sắc rực rỡ gồm bảy màu cơ bản: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Thực chất, cầu vồng là một phổ liên tục của ánh sáng, nhưng chúng ta thường phân biệt thành bảy màu nhờ nhà khoa học Isaac Newton, người đã quan sát và phân loại chúng dựa trên phổ quang học. Hình dạng của cầu vồng thường là một cung tròn, nhưng từ mặt đất, chúng ta chỉ thấy một phần vì đường chân trời che khuất phần còn lại. Nếu bạn từng bay trên máy bay hoặc đứng ở nơi cao, bạn có thể thấy cầu vồng hình tròn hoàn chỉnh – một cảnh tượng thật sự kỳ diệu!
Các yếu tố cần thiết để hình thành cầu vồng
Để một cầu vồng hiện ra, cần có sự kết hợp hoàn hảo giữa ba yếu tố chính, giống như một công thức bí mật của tự nhiên:
- Ánh sáng mặt trời: Đây là nguồn sáng trắng chứa tất cả các màu trong phổ quang học. Không có nắng, không có cầu vồng – đơn giản vậy thôi.
- Giọt nước trong khí quyển: Những giọt nước nhỏ lơ lửng sau mưa, hoặc từ sương mù, thác nước, đóng vai trò như hàng triệu lăng kính tí hon, phân tách và phản xạ ánh sáng.
- Góc quan sát phù hợp: Bạn cần đứng sao cho mặt trời ở phía sau lưng, và mưa (hoặc giọt nước) ở phía trước. Góc lý tưởng khoảng 42 độ giữa mắt bạn, giọt nước và mặt trời – đó là lý do cầu vồng thường xuất hiện vào buổi sáng muộn hoặc chiều sớm.
Nếu thiếu một trong ba yếu tố này, cầu vồng sẽ không xuất hiện. Đó cũng là lý do bạn không thấy cầu vồng vào giữa trưa nắng gắt hay trong đêm tối.
Tại sao cầu vồng thường xuất hiện sau mưa?
Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao cầu vồng hay “chào sân” ngay sau cơn mưa? Đơn giản vì mưa cung cấp lượng giọt nước lý tưởng lơ lửng trong không khí. Khi mưa tạnh và ánh nắng mặt trời xuất hiện, ánh sáng chiếu xuyên qua những giọt nước còn đọng lại, tạo nên hiện tượng khúc xạ, phản xạ và tán sắc ánh sáng. Không phải lúc nào sau mưa cũng có cầu vồng – cần nắng chiếu từ phía sau bạn và mưa ở phía đối diện. Đó là khoảnh khắc tự nhiên “dàn xếp” để tạo nên kiệt tác màu sắc này.
Quá trình hình thành cầu vồng chi tiết
Hãy tưởng tượng một giọt nước như một quả bóng nhỏ trong suốt. Khi tia nắng mặt trời chạm vào nó, điều kỳ diệu xảy ra theo từng bước:
- Khúc xạ lần đầu: Ánh sáng đi từ không khí vào nước, chậm lại và bị bẻ cong do sự khác biệt về mật độ. Ánh sáng trắng bị phân tách thành các màu vì mỗi màu có bước sóng khác nhau – màu đỏ bước sóng dài bị bẻ ít hơn, màu tím bước sóng ngắn bị bẻ nhiều hơn.
- Phản xạ bên trong: Ánh sáng đập vào mặt sau của giọt nước và bật ngược lại, giống như quả bóng nảy trong gương. Thường là phản xạ một lần cho cầu vồng sơ cấp.
- Khúc xạ lần hai: Khi thoát ra khỏi giọt nước, ánh sáng lại bị bẻ cong lần nữa, tăng cường sự phân tách màu sắc.
- Tán sắc và hội tụ: Hàng triệu giọt nước làm điều này cùng lúc, tạo nên dải màu mà chúng ta thấy, với màu đỏ ở ngoài (góc 42 độ) và tím ở trong (góc 40 độ).
Đối với cầu vồng thứ cấp (cầu vồng đôi), ánh sáng phản xạ hai lần bên trong giọt nước, tạo cầu vồng mờ hơn với thứ tự màu đảo ngược.
Những khía cạnh độc đáo về cầu vồng
Cầu vồng không có điểm bắt đầu hay kết thúc
Cầu vồng không phải vật thể vật lý mà bạn có thể chạm vào. Nó là một hiện tượng quang học phụ thuộc vào vị trí của bạn, nghĩa là mỗi người sẽ thấy cầu vồng ở một góc khác nhau. Chuyện “nồi vàng ở cuối cầu vồng” chỉ là truyền thuyết vui – bạn càng tiến gần, cầu vồng càng “trốn” xa!
Cầu vồng đôi và cầu vồng ngược
- Cầu vồng đôi: Thỉnh thoảng, bạn sẽ thấy một cầu vồng thứ hai, mờ hơn, phía trên cầu vồng chính. Đây là kết quả của ánh sáng phản xạ hai lần trong giọt nước, làm đảo ngược thứ tự màu (tím ngoài, đỏ trong). Khoảng cách giữa hai cầu vồng thường có một vùng tối, gọi là dải Alexander.
- Cầu vồng ngược: Hiếm hơn, cầu vồng ngược (hay circumzenithal arc) xuất hiện khi ánh sáng tương tác với tinh thể băng trong các đám mây cao, tạo hình cung ngược với màu sắc rực rỡ hơn.
Cầu vồng trong văn hóa và biểu tượng
Cầu vồng không chỉ là hiện tượng khoa học mà còn mang ý nghĩa văn hóa sâu sắc. Trong thần thoại Bắc Âu, cầu vồng là cây cầu Bifröst nối thế giới con người với các vị thần. Trong văn hóa hiện đại, nó tượng trưng cho hòa bình, sự đa dạng và hy vọng, như biểu tượng của cộng đồng LGBTQ+. Ở Việt Nam, cầu vồng thường được liên tưởng đến sự may mắn và những điều tốt đẹp sau khó khăn.
Cầu vồng ánh trăng và các biến thể khác
Cầu vồng không chỉ xuất hiện nhờ ánh nắng. Trong điều kiện hiếm, “cầu vồng ánh trăng” xuất hiện khi ánh sáng mặt trăng (thực chất là ánh sáng mặt trời phản xạ) tương tác với giọt nước. Tuy nhiên, do ánh sáng mặt trăng yếu, chúng thường mờ và khó thấy bằng mắt thường. Ngoài ra, cầu vồng cũng có thể xuất hiện gần thác nước, vòi phun nước, hoặc trong sương mù dày đặc, miễn là có ánh sáng và giọt nước.
Các câu hỏi thường gặp về cầu vồng
1. Tại sao cầu vồng có bảy màu?
Isaac Newton là người đầu tiên phân loại phổ ánh sáng thành bảy màu, lấy cảm hứng từ số bảy – con số mang ý nghĩa hoàn hảo trong âm nhạc và văn hóa. Thực tế, cầu vồng là một phổ liên tục, không có ranh giới rõ ràng giữa các màu, nhưng cách phân chia này giúp chúng ta dễ nhận diện.
2. Có thể chạm vào cầu vồng không?
Không, vì cầu vồng là hiện tượng quang học, không phải vật thể vật lý. Nó phụ thuộc vào góc nhìn của bạn, nên dù bạn di chuyển, cầu vồng cũng “di chuyển” theo, khiến bạn không thể đến gần hay chạm vào.
3. Cầu vồng có xuất hiện vào ban đêm không?
Có, nhưng rất hiếm. Cầu vồng ánh trăng xảy ra khi ánh sáng mặt trăng tương tác với giọt nước. Do ánh sáng yếu, chúng thường chỉ thấy rõ qua máy ảnh hoặc trong điều kiện cực kỳ lý tưởng.
4. Tại sao cầu vồng có dạng hình cung?
Cầu vồng có dạng cung vì ánh sáng bị phân tán ở góc cố định (khoảng 42 độ cho cầu vồng sơ cấp). Thực chất, nó là một vòng tròn hoàn chỉnh, nhưng chúng ta chỉ thấy một phần do đường chân trời che khuất.
5. Cầu vồng có chỉ xuất hiện sau mưa?
Không hẳn. Bất kỳ nơi nào có ánh sáng mặt trời và giọt nước – như gần thác nước, vòi phun, hay sương mù – đều có thể tạo ra cầu vồng. Mưa chỉ là điều kiện phổ biến nhất.
Kết luận
Cầu vồng là món quà tuyệt đẹp của thiên nhiên, kết hợp giữa ánh sáng, nước và góc nhìn hoàn hảo. Hiểu được khoa học đằng sau nó không làm giảm đi sự kỳ diệu, mà ngược lại, khiến chúng ta càng trân trọng vẻ đẹp của thế giới tự nhiên. Lần tới khi thấy cầu vồng rực rỡ sau mưa, hãy dừng lại một chút, ngắm nhìn và cảm nhận sự kỳ diệu của vũ trụ!
Xem thêm:
