Kiến thức chuyên môn
Cầu Vồng Là Gì? Giải Thích A-Z Về Hiện Tượng Quang Học Kỳ Diệu
Cầu vồng là một trong những hiện tượng quang học ngoạn mục nhất của tự nhiên, xuất hiện dưới dạng một dải màu sắc rực rỡ trên bầu trời. Hiện tượng này xảy ra khi ánh sáng mặt trời tương tác với các giọt nước lơ lửng trong không khí.
Về bản chất, cầu vồng là sự giao thoa tuyệt đẹp giữa vật lý (ánh sáng) và các yếu tố trong khí quyển (hơi nước). Bài viết này sẽ phân tích chi tiết cầu vồng là gì, cơ chế hình thành, các loại và ý nghĩa của chúng.
Cầu Vồng Là Gì? Định Nghĩa Khoa Học
Cầu vồng là hiện tượng quang học và khí tượng, biểu hiện dưới dạng cung tròn nhiều màu sắc, tạo ra khi ánh sáng mặt trời bị khúc xạ, phản xạ và tán sắc qua các giọt nước trong không khí.
Cầu vồng (tiếng Anh: Rainbow) là một hiện tượng quang học và khí tượng, biểu hiện dưới dạng một cung tròn chứa nhiều màu sắc. Nó được tạo ra khi ánh sáng mặt trời bị khúc xạ, phản xạ và tán sắc khi đi qua các giọt nước mưa hoặc hơi ẩm trong không khí.
Mỗi giọt nước nhỏ li ti hoạt động như một lăng kính siêu nhỏ, bẻ cong và phân tách ánh sáng trắng thành dải quang phổ màu sắc mà mắt người có thể nhìn thấy.
Vì Sao Có Cầu Vồng? Cơ Chế Hình Thành Chi Tiết
Cầu vồng hình thành do ánh sáng mặt trời bị bẻ cong (khúc xạ), phản xạ bên trong, và phân tách (tán sắc) thành dải quang phổ 7 màu khi đi xuyên qua các giọt nước mưa.
Sự hình thành cầu vồng là một quá trình gồm ba bước phức tạp liên quan đến ánh sáng và nước:
- Khúc xạ (Refraction): Khi ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) đi từ không khí vào giọt nước (về bản chất là một dung dịch lơ lửng), tốc độ của nó thay đổi và nó bị bẻ cong.
- Phản xạ (Reflection): Ánh sáng sau đó va chạm vào mặt sau của giọt nước và bị phản xạ ngược lại (giống như một chiếc gương).
- Tán sắc (Dispersion): Khi ánh sáng đi vào và thoát ra khỏi giọt nước (khúc xạ lần nữa), nó bị phân tách thành các bước sóng màu khác nhau. Các màu khác nhau bị bẻ cong ở các góc hơi khác nhau, tạo ra dải màu. Màu đỏ bị bẻ cong ít nhất (góc 42°) và màu tím bị bẻ cong nhiều nhất (góc 40°).
Đây là lý do tại sao màu đỏ luôn ở bên ngoài cùng của cầu vồng chính và màu tím luôn ở bên trong.
Cầu Vồng Có Mấy Màu?
Cầu vồng có 7 màu sắc cơ bản theo thứ tự: Đỏ, Cam, Vàng, Lục, Lam, Chàm, Tím. Tuy nhiên, đây là một dải quang phổ liên tục không có ranh giới rõ ràng.
Theo quy ước phổ biến, cầu vồng được mô tả là có 7 màu theo thứ tự: Đỏ – Cam – Vàng – Lục – Lam – Chàm – Tím.
Tuy nhiên, cầu vồng thực chất là một dải quang phổ liên tục, nghĩa là không có ranh giới rõ ràng giữa các màu. Các màu sắc hòa trộn vào nhau một cách mượt mà. 7 màu sắc này chỉ là cách phân loại văn hóa và khoa học phổ biến để mô tả quang phổ khả kiến.
- Đỏ (Red)
- Cam (Orange)
- Vàng (Yellow)
- Lục (Green)
- Lam (Blue/Cyan): Một số tài liệu khoa học gọi màu này là Cyan.
- Chàm (Indigo): Màu Chàm là màu xanh đậm pha tím, nằm giữa Lam và Tím.
- Tím (Violet)
Điều Kiện Lý Tưởng Để Xuất Hiện Cầu Vồng
Cần 3 điều kiện: (1) Có ánh sáng mặt trời, (2) Có giọt nước lơ lửng trong không khí (như mưa, sương mù), và (3) Người quan sát phải đứng quay lưng lại phía mặt trời.
Để quan sát được cầu vồng, cần hội tụ đủ ba điều kiện sau:
- Có Ánh Sáng Mặt Trời: Mặt trời phải chiếu sáng, không bị mây che khuất hoàn toàn.
- Có Hạt Nước: Phải có hơi ẩm trong không khí, chẳng hạn như sau cơn mưa, trong sương mù, hoặc thậm chí là hơi nước từ thác nước, vòi phun.
- Vị Trí Quan Sát: Bạn phải đứng quay lưng lại phía Mặt Trời và mặt trời phải ở vị trí tương đối thấp (thường dưới 42 độ so với đường chân trời). Đây là lý do cầu vồng thường xuất hiện nhất vào sáng sớm hoặc chiều muộn.
Góc nhìn 42 độ giữa mắt bạn, giọt nước và tia nắng mặt trời là góc lý tưởng để thấy cầu vồng chính rõ nét nhất.
Khám Phá Các Loại Cầu Vồng Khác Nhau
Ngoài cầu vồng đơn, còn có cầu vồng đôi (thứ tự màu ngược lại), cầu vồng sương mù (màu trắng), cầu vồng mặt trăng (do ánh trăng), và cầu vồng lửa (do tinh thể băng).
Ngoài cầu vồng đơn chúng ta thường thấy, có nhiều biến thể quang học thú vị khác:
Cầu Vồng Đơn (Primary Rainbow)
Đây là loại cầu vồng phổ biến nhất, sáng rõ, có màu đỏ ở ngoài và tím ở trong, hình thành do 1 lần phản xạ ánh sáng trong giọt nước.
Đây là loại phổ biến nhất, sáng nhất, với màu đỏ ở ngoài và tím ở trong. Nó được tạo ra bởi một lần phản xạ duy nhất bên trong giọt nước.
Cầu Vồng Đôi (Secondary Rainbow)
Là cầu vồng thứ hai mờ hơn, nằm bên ngoài cầu vồng chính. Nó có thứ tự màu đảo ngược (tím ngoài, đỏ trong) do ánh sáng phản xạ 2 lần trong giọt nước.
Đôi khi, một cầu vồng thứ hai, mờ hơn sẽ xuất hiện bên ngoài cầu vồng chính. Đây là cầu vồng đôi (hay cầu vồng thứ cấp), được tạo ra do ánh sáng phản xạ hai lần bên trong giọt nước. Do phản xạ thêm một lần, thứ tự màu sắc của nó bị đảo ngược: tím ở ngoài và đỏ ở trong.
Cầu Vồng Sương Mù (Fogbow)
Còn gọi là “cầu vồng trắng”, hình thành trong sương mù. Do các hạt nước quá nhỏ, các màu bị trộn lẫn, tạo ra một cung màu trắng hoặc rất nhạt.
Còn gọi là “cầu vồng trắng”, loại này hình thành trong sương mù chứ không phải mưa. Các hạt nước trong sương mù rất nhỏ, khiến cho sự tán sắc màu diễn ra yếu, làm các màu trộn lẫn vào nhau tạo thành một dải cung màu trắng hoặc rất nhạt.
Cầu Vồng Mặt Trăng (Moonbow)
Là cầu vồng được tạo ra bởi ánh sáng Mặt Trăng thay vì Mặt Trời. Hiện tượng này rất hiếm và mờ, thường xuất hiện như một cung màu trắng.
Hiếm gặp hơn, cầu vồng Mặt Trăng được tạo ra bởi ánh sáng Mặt Trăng (vốn là ánh sáng Mặt Trời phản chiếu). Vì ánh sáng này yếu hơn nhiều, cầu vồng Mặt Trăng thường rất mờ và mắt người khó nhận diện được màu sắc, khiến nó trông như màu trắng.
Cầu Vồng Lửa (Fire Rainbow)
Tên khoa học là “cung tròn circumhorizontal”, đây không phải cầu vồng thực sự. Nó hình thành do ánh sáng mặt trời khúc xạ qua tinh thể băng ở mây tầng cao, không liên quan đến mưa.
Tên gọi này hơi gây hiểu nhầm. Nó không phải cầu vồng và không liên quan đến lửa hay mưa. Tên khoa học của nó là “cung tròn circumhorizontal”. Hiện tượng này xảy ra do ánh sáng Mặt Trời khúc xạ qua các tinh thể băng hình tấm phẳng trong các đám mây ti (cirrus) ở tầng khí quyển rất cao, nơi có
tầng ozone.
Những Sự Thật Thú Vị Về Cầu Vồng
Cầu vồng thực chất là vòng tròn đầy đủ (chỉ thấy từ máy bay), không có vị trí vật lý cố định (không thể chạm tới), và mỗi người quan sát sẽ thấy một cầu vồng riêng biệt.
- Cầu vồng thực chất là một vòng tròn: Từ mặt đất, chúng ta chỉ thấy được một nửa (cung) vì đường chân trời đã che mất phần còn lại. Nếu quan sát từ máy bay ở độ cao lớn, bạn có thể thấy một cầu vồng hình tròn hoàn chỉnh.
- Không thể chạm tới chân cầu vồng: Cầu vồng là một ảo ảnh quang học. Vị trí của nó phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí của người quan sát và nguồn sáng. Khi bạn di chuyển, cầu vồng cũng di chuyển theo.
- Mỗi người thấy một cầu vồng khác nhau: Không có hai người nào cùng thấy một cầu vồng giống hệt nhau. Vì vị trí quan sát của mỗi người là duy nhất, nên cầu vồng mà họ thấy cũng là duy nhất đối với góc nhìn của họ.
- Ý nghĩa biểu tượng: Trên khắp thế giới, cầu vồng thường được coi là biểu tượng của hy vọng, sự may mắn, sự đa dạng và là dấu hiệu của thời tiết tốt lên sau cơn bão.
Kết Luận
Cầu vồng là một lời nhắc nhở ngoạn mục về các quy luật vật lý và quang học luôn vận hành xung quanh chúng ta. Từ sự khúc xạ đơn giản của ánh sáng qua một giọt nước, tự nhiên đã tạo ra một “bức tranh” quang phổ đầy màu sắc, kết nối khoa học cơ bản với vẻ đẹp thuần khiết.
Nguyen Thi My Linh
