ใครๆ มักคิดว่ารุ้ง (rainbow) มีเจ็ดสี และอาจท่องกันว่า “ม่วง-คราม-น้ำเงิน-เขียว-เหลือง-แสด-แดง” ส่วนคนที่ขี้เล่นหน่อยอาจใช้รหัสช่วยจำ เช่น “ม่วยคนนี้ขาวและสวยดี” เพระว่าตัวอักษรแรกของแต่ละพยางค์ตรงกัน คือ ม-ค-น-ข-ล-ส-ด
ความรู้วิทยาศาสตร์ในโรงเรียนสอนเราว่ารุ้งมี 2 ตัว โดยที่
รุ้งตัวล่าง สีชัดกว่า ขอบบนสีแดง ขอบล่างสีม่วง เรียกว่า รุ้งปฐมภูมิ (primary rainbow)
รุ้งตัวบน มีสีจางกว่า ขอบล่างสีแดง ขอบบนสีม่วง เรียกว่า รุ้งทุติยภูมิ (secondary rainbow)
วิธีจำง่ายๆ ก็คือ รุ้ง 2 ตัวนี้หันสีแดงเข้าหากัน!
นอกจากนี้จะเห็นว่าท้องฟ้าที่อยู่ระหว่างรุ้งคู่นี้จะมีสีค่อนข้างเข้ม เรียกว่า แถบมืดของอะเล็กซานเดอร์ (Alexander’s dark band) ชื่อ Alexander นี้มาจากชื่อ อะเล็กซานเดอร์แห่งอะโฟรไดซิแอส (Alexander of Aphrodisias) นักปรัชญาชาวกรีกซึ่งมีชีวิตอยู่ในช่วงกลางคริสตศตวรรษที่ 2 ถึงคริสต์ศตวรรษที่ 3
แต่ธรรมชาติมักมีความซับซ้อนกว่าวิทยาศาสตร์ระดับเบื้องต้นมากนัก เพราะเอาเข้าจริงแล้ว รุ้งอาจมีได้กว่าสิบแบบ แต่ในบทความนี้ จะขอกล่าวถึงรุ้งที่ไม่ได้มีสีรุ้ง แต่กลับมีสีขาวนวล เรียกว่า รุ้งเผือก (albino rainbow) หรือ รุ้งขาว (white rainbow)
ลองดูภาพรุ้งเผือกต้นเรื่องกันก่อน ผมถ่ายภาพนี้ได้หลังจากที่เครื่องบินขึ้นจากรันเวย์ได้ราว 9 นาที (เที่ยวบินดอนเมือง-เชียงใหม่ วันศุกร์ที่ 2 สิงหาคม 2556 เวลาในภาพ 7:20 น.) ผมนั่งติดหน้าต่างฝั่งซ้าย ส่วนดวงอาทิตย์อยู่ทางขวาของเครื่อง
รุ้งเผือกที่เห็นเป็นส่วนหนึ่งของเส้นโค้งวงกลมขนาดใหญ่เท่ากับรุ้งปฐมภูมิที่เราเห็นบนท้องฟ้า (คือมีรัศมี 42 องศา)
น่ารู้ด้วยว่า รุ้งเผือกอาจเกิดบนเมฆ (ดังเช่นในกรณีภาพนี้) และเรียกว่า รุ้งเมฆ (cloud bow หรือ cloudbow)
แต่รุ้งเผือกยังอาจเกิดบนหมอก และเรียกว่า รุ้งหมอก (fog bow หรือ fogbow) ก็ได้เช่นกัน
รุ้งเผือกเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ลองเริ่มต้นจากรุ้งธรรมดาที่เราคุ้นเคยกันก่อน นั่นคือ รุ้งปฐมภูมิและรุ้งทุติยภูมิ รุ้งสองตัวนี้มักจะเกิดหลังฝนตกใหม่ๆ ทำให้ในอากาศยังคงมีหยดน้ำล่องลอยอยู่จำนวนมาก หยดน้ำฝนมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 500 ไมครอนขึ้นไป จนถึงขนาดใหญ่สุดได้ไม่เกิน 5,000 ไมครอน (เท่ากับ 5 มิลลิเมตร) เพราะหากหยดน้ำใหญ่กว่านี้ก็จะแตกออกเป็นหยดเล็กหยดน้อย
หน่วยไมครอนนี้คนทั่วไปคงจะไม่คุ้นเคยนัก ผมจึงขอขยายความสักหน่อย ความยาว 1 ไมครอน (micron) หรือ 1 ไมโครเมตร (micrometer) เท่ากับ 1 ในล้านส่วนของเมตร หากเทียบกับหน่วยที่คุ้นเคยกว่าก็จะพบว่า 1,000 ไมครอน เท่ากับ 1 มิลลิเมตร หรือ 1 ไมครอน เท่ากับ 1/1000 ของมิลลิเมตร ซึ่งเป็นขนาดที่เล็กมากทีเดียว
เพื่อให้เห็นภาพชัดขึ้นอีกนิด อาจจำตัวเลขต่อไปนี้นั่นคือ เส้นผมของคนเรามีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 80 ไมครอน
ดังนั้น หยดน้ำในเมฆที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ไมครอน จึงเล็กกว่าเส้นผมราว 4 เท่า (ตาเปล่ามองหยดน้ำในเมฆไม่เห็น) และหยดน้ำฝนขนาด 2000 ไมครอน จึงใหญ่กว่าหยดน้ำในเมฆราว 100 เท่า
ภาพเปรียบเทียบขนาดของหยดน้ำในเมฆ หยดน้ำฝน กับเส้นผมของคน
ในการเกิดรุ้งแบบธรรมดา แสงสีขาวจากดวงอาทิตย์จะตกกระทบหยดน้ำฝนในอากาศซึ่งมีขนาดค่อนข้างใหญ่ (คำว่า “ใหญ่” ในที่นี้หมายถึงใหญ่กว่าหยดน้ำในเมฆซึ่งเล็กกว่าราว 100 เท่า) แสงจะหักเหเข้าไปในหยดน้ำแล้วแตกเป็นสีรุ้ง จากนั้นจะสะท้อนโดยผิวภายในหยดน้ำ (อาจจะหนึ่งครั้งหรือมากกว่า) แล้วหักเหออกจากหยดน้ำ ทำให้เรามองเห็นรุ้งแสนสวยบนท้องฟ้า
ย้อนกลับไปตรงที่แสงสะท้อนโดยผิวภายในหยดน้ำ
หากสะท้อน 1 ครั้ง ก็จะเรียกว่า รุ้งอันดับที่ 1 (1st order rainbow) หรือรุ้งปฐมภูมิ (primary rainbow)
หากสะท้อน 2 ครั้ง ก็จะเรียกว่า รุ้งอันดับที่ 2 (2nd order rainbow) หรือรุ้งทุติยภูมิ รุ้งสองตัวนี้แหละที่เราเห็นกันบ่อยๆ
ส่วนรุ้งอันดับที่ 3 และ 4 พบในธรรมชาติได้บางครั้ง และเคยมีคนถ่ายภาพได้จนวงการวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นกันพอสมควร (ถ่ายภาพยากเนื่องจากแสงสีจางมากและมักจะถูกแสงอื่นๆ บดบัง) แต่เท่าที่ผมทราบยังไม่เคยมีใครถ่ายภาพรุ้งอันดับที่ 5 ขึ้นไปในธรรมชาติ ที่สามารถถ่ายภาพกันได้ก็สร้างขึ้นในการทดลองเกี่ยวกับแสง
คราวนี้มาถึงกำเนิดของรุ้งเผือก จำหลักง่ายๆ ไว้ว่าหากหยดน้ำมีขนาดเล็กลง จะพบว่าแถบสีรุ้งแต่ละแถบจะมีขนาดกว้างขึ้น
เมื่อหยดน้ำเล็กลงถึงขนาดหนึ่ง คือ รัศมีราว 10 ไมครอน (หรือเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 20 ไมครอน) แถบสีรุ้งแต่ละสีก็จะกว้างมากจนทับซ้อนกับแถบสีอื่นๆ ผลก็คือ สีรุ้งม่วง-คราม-น้ำเงิน-เขียว-เหลือง-แสด-แดง จะทับซ้อนกันทั้งหมด และกลับมารวมกันกลายเป็นสีขาวอีกครั้ง!
หยดน้ำในเมฆ (หรือหมอก) มีขนาดเล็กจิ๋วประมาณ 1-50 ไมครอน ตรงตามเงื่อนไขนี้พอดี นี่เองที่ทำให้เมฆ (หรือหมอก) เป็นตัวการที่ทำให้เกิดรุ้งเผือก-รุ้งขาว (เรียกตามสีที่เห็น) หรือรุ้งเมฆ-รุ้งหมอก (เรียกตามตัวต้นเหตุที่มีหยดน้ำขนาดเล็ก) นั่นเอง
ชมภาพแสดงการเกิดรุ้งแบบต่างๆ ตามขนาดของหยดน้ำได้ที่ คลิก
แผนภาพแสดงรุ้งชนิดต่างๆ ที่เกิดจากหยดน้ำซึ่งมีขนาดต่างกัน
(r คือ รัศมีของหยดน้ำ และ 100 ไมครอน = 0.1 มิลลิเมตร)
ที่มา : การศึกษาของอาจารย์ Philip Laven
อีกเรื่องเกี่ยวกับรุ้งเผือกที่ควรรู้ไว้ก็คือ บริเวณจุดศูนย์กลางของวงกลมรุ้งเผือก จะมีเงาของผู้มอง (หากคุณผู้อ่านอยู่บนที่สูงกว่าเมฆหรือหมอก เช่น บนภูเขาหรือบนสะพาน) หรือเงาของเครื่องบิน (หากคุณอยู่บนเครื่องบิน) โดยรอบๆ เงาดังกล่าวจะมีวงแสงกลอรี่ (glory) สีรุ้งล้อมรอบอยู่ด้วย
ชมภาพรุ้งเผือกและวงแสงกลอรีได้จาก คลิก
ส่วนวงแสดงกลอรีมีรายละเอียดอย่างไร ตามไปอ่านบทความ 2 บทความนี้ได้ครับ
บทความ: ท่องฟ้าหากลอรี่ อ่านเพิ่มเติม
บทความ: สนุกกับ ‘กลอรี่’ เหนือทะเลหมอก อ่านเพิ่มเติม
บริเวณรอบจุดศูนย์กลางของรุ้งเผือกมีวงแสงกลอรี่
ที่มาของภาพ
คุณผู้อ่านที่จะขึ้นเครื่องบิน หรือจะไปเที่ยวชมทะเลหมอกที่ไหนสักแห่ง ลองหาโอกาสชมรุ้งเผือกให้ได้สักครั้ง ความงดงามแปลกตาของรุ้งเผือกรอคุณอยู่ครับ!
———————————————-
โปรดอย่าลืมกดติดตามเพจของ MIC ได้ที่ : Facebook MatichonMIC
__________________________________________________
