¿Cómo se forma el arcoíris? (y por qué el sol debe estar a tu espalda)
El arcoíris nace de la luz del sol que se desvía, se refleja y se separa en colores dentro de las gotas de lluvia. Aparece a unos 42° de la sombra de tu cabeza.
El arcoíris se forma cuando la luz del sol entra en las gotas de lluvia, se desvía, se refleja en su fondo y sale separada en colores. Cada color sale con un ángulo algo distinto, cerca de 42° respecto a la sombra de tu cabeza. Por eso solo aparece con el sol a tu espalda y la lluvia enfrente.
¿Qué pasa dentro de una gota de lluvia?
La luz del sol parece blanca, pero es una mezcla de todos los colores, cada uno con su longitud de onda. Es la misma luz que, dispersada por el aire, vuelve azul el cielo durante el día. Dentro de una gota, esa mezcla se separa en cuatro pasos:
- Al pasar del aire al agua, la luz cambia de dirección. Ese desvío se llama refracción.
- Cada color se desvía un poco distinto: en el agua, el azul y el violeta se desvían más que el rojo. Es la dispersión, que empieza a separar los colores.
- La luz cruza la gota y choca con la pared del fondo, donde una parte se refleja.
- Al salir de la gota, la luz se refracta otra vez y los colores se separan todavía más.
Al final del recorrido, el haz casi ha dado media vuelta. Según el material de física de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, la luz azul se desvía unos 140° y la roja, unos 138°. La diferencia parece pequeña, pero alcanza para pintar un arco en el cielo.
¿Por qué es tan importante el ángulo de 42°?
Una gota devuelve luz en muchos ángulos, pero no por igual. Hay un ángulo en el que muchos rayos salen casi juntos, y ahí se concentra el brillo. Para la luz roja, ronda los 42° respecto al punto del cielo justo opuesto al sol, donde caería la sombra de tu cabeza. Para el verde son unos 41°, y para el violeta, unos 40°.
Todas las gotas situadas a 42° de ese punto te envían luz roja, y juntas forman un círculo. Por eso el arcoíris es redondo, con el rojo por fuera y el violeta por dentro. Lo normal es ver solo una parte, porque el suelo oculta el resto del círculo.
Esto tiene una consecuencia curiosa: cada persona ve su propio arcoíris, formado por gotas distintas. Y su tamaño aparente es siempre el mismo. Un arcoíris sobre las montañas puede parecer de kilómetros y el de un aspersor, de un metro, pero ambos ocupan el mismo ángulo en tu campo de visión.
¿Por qué el sol tiene que estar a tu espalda?
Como la luz sale de la gota casi en la dirección por la que entró, el arcoíris siempre aparece en el lado del cielo opuesto al sol. Para verlo hay que mirar hacia la lluvia con el sol detrás. Además, el sol tiene que estar bajo: si supera los 42° sobre el horizonte, el arco entero queda por debajo de la línea del horizonte y no hay arcoíris que ver.
Por eso es más frecuente a primera hora de la mañana y al final de la tarde, cuando pasa un chubasco y el sol vuelve a salir. Cuanto más bajo está el sol, más parte del círculo se ve. Al atardecer, el arco se convierte en un semicírculo cuya cima queda a 42° de altura. Se puede probar en el jardín: de espaldas al sol bajo, rocía agua fina con una manguera y busca los colores en la bruma.
¿Cómo se forma el arcoíris doble?
A veces aparece un segundo arco, más grande y más tenue, por fuera del primero. Nace de la luz que se refleja dos veces dentro de la gota antes de salir. Ese rebote extra lleva el ángulo de salida a algo entre 50° y 53° e invierte el orden de los colores: en el arco secundario, el rojo queda por dentro y el azul por fuera. Cada reflexión adicional deja escapar algo de luz, por eso es más débil.
Entre los dos arcos, el cielo se ve claramente más oscuro. Esa franja tiene nombre, banda oscura de Alejandro, y existe porque ninguna gota de esa zona te envía luz refractada en los ángulos de ninguno de los dos arcos. Por dentro del arco principal, en cambio, el cielo suele verse más claro.
La misma refracción que separa los colores en una gota actúa también a una escala mucho mayor: en una atmósfera agitada, es la que hace titilar las estrellas por la noche. Y algunos arcoíris son tenaces: la Real Sociedad Meteorológica británica menciona uno, registrado en Taiwán en 2017, que se mantuvo visible unas nueve horas.
