รุ้งกินน้ำเกิดจากแสงแดดส่องผ่านละอองน้ำหรือหยดฝนที่ลอยอยู่ในอากาศ แสงจะหักเหเมื่อเข้าไปในหยดน้ำ สะท้อนที่ผิวด้านหลังของหยดน้ำ แล้วหักเหอีกครั้งตอนออกมา ระหว่างนั้นแสงสีขาวถูกแยกออกเป็นสีต่าง ๆ เราจึงเห็นแถบสีโค้งบนท้องฟ้า เงื่อนไขสำคัญคือต้องมีดวงอาทิตย์อยู่ด้านหลังเรา และมีละอองน้ำอยู่ด้านหน้า
รุ้งกินน้ำเกิดขึ้นได้อย่างไร?
รุ้งกินน้ำ (rainbow) เกิดจากปรากฏการณ์ทางแสง 3 อย่างที่เกิดในหยดน้ำแต่ละหยด คือ การหักเห การสะท้อน และการกระจายแสง หยดน้ำทำหน้าที่คล้ายปริซึมขนาดจิ๋วที่แยกแสงอาทิตย์ออกเป็นสี เมื่อมีหยดน้ำจำนวนมากพอ เราจึงเห็นเป็นแถบสีต่อเนื่องกันบนท้องฟ้า
แสงอาทิตย์ที่ดูเป็นสีขาวจริง ๆ แล้วประกอบด้วยแสงหลายสีที่มีความยาวคลื่นต่างกัน เส้นทางของแสงในหยดน้ำเป็นดังนี้
- หักเหตอนเข้า: การหักเห (refraction) คือการที่แสงเปลี่ยนทิศทางเมื่อเดินทางจากอากาศเข้าสู่น้ำ ซึ่งเป็นตัวกลางที่ต่างกัน
- แยกเป็นสี: การกระจายแสง (dispersion) เกิดเพราะแสงแต่ละสีหักเหได้ไม่เท่ากัน แสงสีม่วงหักเหมากที่สุด ส่วนแสงสีแดงหักเหน้อยที่สุด สีจึงแยกออกจากกัน
- สะท้อนภายใน: แสงไปกระทบผิวด้านในฝั่งหลังของหยดน้ำแล้วสะท้อนกลับ
- หักเหตอนออก: แสงหักเหอีกครั้งเมื่อออกจากหยดน้ำสู่อากาศ ทำให้สีแยกห่างจากกันมากขึ้น แล้วเดินทางมาเข้าตาเรา
หยดน้ำหนึ่งหยดส่งแสงสีเดียวที่เด่นมาเข้าตาเราในมุมหนึ่ง ๆ หยดน้ำที่อยู่สูงกว่าส่งสีแดงมาให้เรา หยดที่อยู่ต่ำลงมาส่งสีอื่นไล่ลงไปจนถึงสีม่วง ภาพรวมจากหยดน้ำนับล้านหยดจึงกลายเป็นรุ้งที่มีสีแดงอยู่ด้านนอกและสีม่วงอยู่ด้านใน
ทำไมรุ้งกินน้ำถึงเป็นเส้นโค้ง?
รุ้งกินน้ำเป็นเส้นโค้งเพราะจริง ๆ แล้วรุ้งเป็นวงกลม เราเห็นแสงสีจากหยดน้ำทุกหยดที่อยู่ในมุมประมาณ 42 องศา รอบจุดตรงข้ามดวงอาทิตย์ หยดน้ำทุกหยดที่อยู่ในมุมนี้เรียงตัวเป็นวงกลมพอดี แต่พื้นดินบังส่วนล่างไว้ เราจึงเห็นเพียงครึ่งวงหรือน้อยกว่านั้น
จุดตรงข้ามดวงอาทิตย์ (antisolar point) คือจุดที่อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์พอดีเมื่อมองจากตาเรา หาได้ง่าย ๆ คือตำแหน่งเงาของศีรษะเราบนพื้น รุ้งจะล้อมรอบจุดนี้เสมอ ถ้ามองจากที่สูงมาก เช่น บนเครื่องบินหรือยอดเขา บางครั้งจะเห็นรุ้งเป็นวงกลมเต็มวงได้
ทำไมมักเห็นรุ้งกินน้ำหลังฝนตก?
เรามักเห็นรุ้งกินน้ำหลังฝนตก เพราะช่วงนั้นมีหยดฝนเหลืออยู่ในอากาศ ขณะที่เมฆเริ่มเปิดให้แสงแดดส่องลงมาได้ เมื่อเรายืนหันหลังให้ดวงอาทิตย์และหันหน้าไปทางที่ฝนยังตกอยู่ เงื่อนไขทั้งหมดจึงครบพอดี
เงื่อนไขที่ต้องมีพร้อมกันเพื่อให้เห็นรุ้ง ได้แก่
- มีแสงแดดโดยตรง ไม่ใช่ท้องฟ้าที่เมฆปิดทั้งหมด
- ดวงอาทิตย์อยู่ด้านหลังผู้มอง และละอองน้ำอยู่ด้านหน้า
- ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำ สูงจากขอบฟ้าไม่เกินประมาณ 42 องศา เพราะถ้าดวงอาทิตย์สูงกว่านี้ รุ้งจะอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้าจนมองไม่เห็นจากพื้นดิน
ด้วยเหตุนี้ รุ้งจึงมักปรากฏในช่วงเช้าหรือบ่ายแก่ถึงเย็น มากกว่าช่วงเที่ยงที่ดวงอาทิตย์อยู่สูง ในเมืองไทยช่วงฤดูฝนที่มีฝนตกช่วงบ่ายแล้วแดดออกตอนเย็น จึงเป็นโอกาสดีที่จะได้เห็นรุ้ง โดยรุ้งตอนเย็นจะอยู่ทางทิศตะวันออก ส่วนรุ้งตอนเช้าจะอยู่ทางทิศตะวันตก
รุ้งกินน้ำมีกี่สี เรียงสีอย่างไร?
เรานิยมนับว่ารุ้งกินน้ำมี 7 สี เรียงจากด้านนอกเข้าด้านในคือ แดง แสด เหลือง เขียว น้ำเงิน คราม และม่วง แต่ในความเป็นจริงสีของรุ้งไล่ระดับต่อเนื่องกันไปโดยไม่มีเส้นแบ่งชัดเจน การนับ 7 สีเป็นการแบ่งตามธรรมเนียมที่นิยมใช้กันมา
ลำดับสีนี้ไม่ได้สุ่มขึ้นมา แต่เรียงตามความยาวคลื่นแสง สีแดงมีความยาวคลื่นยาวที่สุดและหักเหน้อยที่สุด จึงอยู่ขอบนอกของรุ้งหลัก ส่วนสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดและหักเหมากที่สุด จึงอยู่ขอบใน ความสดของสีขึ้นกับขนาดหยดน้ำด้วย หยดน้ำขนาดใหญ่มักให้รุ้งที่สีสดและแยกชัด ส่วนละอองน้ำเล็กมาก เช่น หมอก มักให้รุ้งสีจางจนเกือบขาว
รุ้งสองชั้นเกิดจากอะไร?
รุ้งสองชั้น (double rainbow) เกิดเมื่อแสงสะท้อนภายในหยดน้ำ 2 ครั้งก่อนออกมา ทำให้เกิดรุ้งชั้นที่สองที่อยู่สูงกว่ารุ้งหลัก รุ้งชั้นที่สองนี้จางกว่าเพราะแสงสูญเสียไปบางส่วนในการสะท้อนแต่ละครั้ง และสีจะเรียงกลับด้าน คือสีแดงอยู่ด้านในและสีม่วงอยู่ด้านนอก
| ลักษณะ | รุ้งหลัก (รุ้งชั้นแรก) | รุ้งชั้นที่สอง |
|---|---|---|
| จำนวนครั้งที่แสงสะท้อนในหยดน้ำ | 1 ครั้ง | 2 ครั้ง |
| มุมจากจุดตรงข้ามดวงอาทิตย์ | ประมาณ 42 องศา | ประมาณ 50–53 องศา |
| ลำดับสี | แดงอยู่นอก ม่วงอยู่ใน | แดงอยู่ใน ม่วงอยู่นอก |
| ความสว่าง | สว่างและชัดกว่า | จางกว่า |
ถ้าสังเกตให้ดี ท้องฟ้าระหว่างรุ้งสองชั้นจะดูมืดกว่าบริเวณอื่น แถบนี้เรียกว่า แถบมืดของอเล็กซานเดอร์ (Alexander’s dark band) เกิดเพราะหยดน้ำในบริเวณนั้นไม่ได้ส่งแสงจากการสะท้อนครั้งเดียวหรือสองครั้งมาเข้าตาเรา ขณะที่ท้องฟ้าด้านในรุ้งหลักจะดูสว่างกว่าด้านนอก
ทำไมเดินไปหาปลายรุ้งไม่ได้?
เราเดินไปหาปลายรุ้งไม่ได้ เพราะรุ้งกินน้ำไม่ใช่วัตถุที่อยู่ในตำแหน่งตายตัว แต่เป็นภาพที่เกิดจากมุมระหว่างดวงอาทิตย์ หยดน้ำ และตาของผู้มอง เมื่อเราขยับ หยดน้ำชุดที่ส่งแสงมาเข้าตาเราก็เปลี่ยนไปด้วย รุ้งจึงเลื่อนตามเราไปเสมอ
ข้อนี้ยังหมายความว่าคนสองคนที่ยืนข้างกันไม่ได้เห็นรุ้งเส้นเดียวกันแบบเป๊ะ ๆ แต่ละคนเห็นแสงจากหยดน้ำคนละชุด เพียงแต่ภาพที่เห็นดูคล้ายกันมาก
ทำรุ้งกินน้ำเองที่บ้านได้อย่างไร?
เราทำรุ้งกินน้ำเองได้ง่าย ๆ ด้วยสายยางรดน้ำในวันที่แดดออก หลักการเหมือนรุ้งบนท้องฟ้าทุกอย่าง คือให้ดวงอาทิตย์อยู่ด้านหลังและมีละอองน้ำอยู่ด้านหน้า ทำได้ตามขั้นตอนนี้
- เลือกช่วงเช้าหรือบ่ายแก่ที่แดดจัดและดวงอาทิตย์ยังไม่สูงมาก
- ยืนหันหลังให้ดวงอาทิตย์ ให้เงาของตัวเองทอดไปข้างหน้า
- ปรับหัวฉีดสายยางเป็นแบบละอองฝอย แล้วฉีดไปข้างหน้าเหนือระดับเงาศีรษะ
- ค่อย ๆ ขยับมุมฉีดจนเห็นแถบสีปรากฏในละอองน้ำ
เคล็ดลับคือมองหารุ้งในตำแหน่งที่ทำมุมประมาณ 42 องศา จากเงาศีรษะของเรา การทดลองนี้เป็นวิธีที่ดีในการสอนเด็กเรื่องแสงและสี โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับรุ้งกินน้ำ
เห็นรุ้งตอนเที่ยงวันได้ไหม?
บนพื้นราบมักเห็นได้ยาก เพราะเมื่อดวงอาทิตย์สูงเกินประมาณ 42 องศา รุ้งจะอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า แต่ยังอาจเห็นรุ้งจากละอองน้ำที่อยู่ต่ำกว่าระดับสายตาได้ เช่น ละอองจากน้ำตกหรือสปริงเกอร์
รุ้งตอนกลางคืนมีจริงไหม?
มีจริง เรียกว่ารุ้งจันทร์ (moonbow) เกิดจากแสงจันทร์ที่สะท้อนแสงอาทิตย์มาอีกทีส่องผ่านละอองน้ำ แต่แสงจันทร์อ่อนมาก ตาคนจึงมักเห็นรุ้งจันทร์เป็นสีขาวจาง ๆ
ทำไมบางครั้งรุ้งขึ้นแค่ครึ่งเดียว?
รุ้งจะปรากฏเฉพาะบริเวณที่มีทั้งแสงแดดและละอองน้ำพร้อมกัน ถ้าฝนตกแค่บางส่วนของท้องฟ้า หรือมีเมฆบังแดดบางช่วง เราจึงเห็นรุ้งเพียงท่อนเดียว
รุ้งกินน้ำต่างจากการแยกแสงของปริซึมอย่างไร?
ใช้หลักการหักเหและการกระจายแสงเหมือนกัน ต่างกันที่รุ้งกินน้ำมีการสะท้อนภายในหยดน้ำด้วย และเกิดจากหยดน้ำทรงกลมจำนวนมาก แสงจึงกลับมาหาผู้มองที่หันหลังให้ดวงอาทิตย์เป็นรูปโค้ง
แหล่งอ้างอิง: Met Office – Rainbows, Bureau of Meteorology (ออสเตรเลีย) – How do rainbows form?, Royal Meteorological Society – How are rainbows formed?, HyperPhysics, Georgia State University – Primary Rainbow
ภาพหน้าปกโดย Coralie Meurice จาก Unsplash
