Две дуги над горизонтом возникают при особом ходе солнечных лучей через дождевые капли. Яркая полоса образуется после преломления света, внутреннего отражения и выхода наружу. Часть лучей отражается внутри капли повторно. Наблюдатель видит вторую радугу выше и дальше от центра первой. Различие между полосами связано с числом отражений, а не с отдельным источником света. Другим необычным оптическим явлением считается радуга Броккена, которая появляется вокруг тени наблюдателя на облаках.
Ход лучей
Солнечный свет входит в каплю и меняет направление на границе воздуха и воды. Цветовые составляющие отклоняются под разными углами. Красная полоса отделяется от фиолетовой, хотя исходный луч выглядел белым. При одном внутреннем отражении формируется основная дуга. При двух отражениях часть светового потока покидает каплю под иным углом и направляется к глазам наблюдателя.
Дополнительное отражение уменьшает яркость вторичного изображения. На границах сред часть энергии уходит в другом направлении. Поэтому внешняя полоса выглядит бледной и теряется на фоне светлого неба. Насыщенный темный фон после дождя делает контуры заметнее. Ясный участок перед наблюдателем, напротив, снижает цветовой контраст.
Порядок цветов
У основной полосы красный край расположен снаружи, а фиолетовый обращен к центру окружности. Во внешней дуге последовательность меняется: фиолетовый оказывается снаружи, красный — внутри. Переворот вызван вторым отражением луча в капле. По порядку оттенков наблюдатель отличает физическое явление от цветного блика, отражения в стекле или обработки снимка.
Пространство между дугами выглядит темнее соседних участков неба. Лучи, формирующие яркие полосы, обходят данный угловой промежуток. Коконтраст усиливает впечатление четкой серой или синеватой ленты. Отдельная туча либо тень не объясняет ровную границу вдоль цветных окружностей. Форма затемнения повторяет изгиб обеих полос.
Условия наблюдения
Солнце располагается за спиной человека, а дождь или водяная взвесь — впереди. Центр цветной окружности лежит в направлении, противоположном светилу. Низкое положение Солнца поднимает видимую часть кольца над горизонтом. Высокое положение опускает ее, поэтому наземный наблюдатель видит короткий фрагмент либо не замечает его.
Размер капель влияет на четкость и насыщенность окраски. Крупные однородные капли создают выраженные границы между оттенками. Мелкая взвесь размывает переходы и ослабляет внешний контур. Плотность осадков тоже меняет вид картины: непрозрачная завеса перекрывает прошедший свет, а разреженный дождь оставляет фон светлым. Для заметной пары требуется подходящее сочетание освещения, положения наблюдателя и структуры водяной завесы.
Внешняя полоса не представляет полное повторение внутренней. Она шире, тусклее и окрашена в обратной последовательности. Обе части возникают одновременно из лучей, прошедших разные пути внутри капель. Перемещение наблюдателя меняет набор капель, посылающих свет в его глаза. Поэтому цветная окружность не закреплена на облаке или участке дождя, хотя зрительно кажется неподвижным объектом.