Como se forma o arco-íris (e por que o sol precisa estar atrás de você)
O arco-íris nasce da luz do sol que se curva, reflete e se separa em cores dentro das gotas de chuva. Ele aparece a cerca de 42° da sombra da sua cabeça.
O arco-íris se forma quando a luz do sol entra nas gotas de chuva, se curva, reflete no fundo delas e sai separada em cores. Cada cor sai num ângulo um pouco diferente, perto de 42° em relação à sombra da sua cabeça. Por isso ele só aparece com o sol atrás de você e a chuva à frente.
O que acontece dentro de uma gota de chuva?
A luz do sol parece branca, mas é uma mistura de todas as cores, cada uma com seu comprimento de onda. É a mesma luz que, espalhada pelo ar, deixa o céu azul durante o dia. Dentro de uma gota, essa mistura se desfaz em quatro etapas:
- Ao passar do ar para a água, a luz muda de direção. Esse desvio se chama refração.
- Cada cor se curva um pouco diferente: na água, o azul e o violeta se desviam mais que o vermelho. É a dispersão, que começa a separar as cores.
- A luz atravessa a gota e bate na parede do fundo, onde parte dela é refletida de volta.
- Ao sair da gota, a luz refrata outra vez, e as cores se afastam ainda mais umas das outras.
No fim do trajeto, o feixe fez quase meia-volta. Segundo o material de física da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, a luz azul é desviada cerca de 140° e a vermelha, cerca de 138°. A diferença parece pequena, mas basta para pintar um arco no céu.
Por que o ângulo de 42° é tão importante?
Uma gota devolve luz em vários ângulos, mas não de forma igual. Existe um ângulo em que muitos raios saem quase juntos, e é ali que o brilho se concentra. Para a luz vermelha, ele fica em torno de 42° em relação ao ponto do céu exatamente oposto ao sol, onde estaria a sombra da sua cabeça. Para o verde, cerca de 41°; para o violeta, cerca de 40°.
Todas as gotas que estão a 42° desse ponto mandam vermelho para os seus olhos, e juntas elas formam um círculo. Por isso o arco-íris é redondo, com o vermelho por fora e o violeta por dentro. Normalmente vemos só um pedaço, porque o chão esconde o resto do círculo.
Esse detalhe tem uma consequência curiosa: cada pessoa vê o seu próprio arco-íris, formado por gotas diferentes. E o tamanho aparente é sempre o mesmo. Um arco-íris sobre as montanhas parece ter quilômetros, e o do jato de uma mangueira, um metro, mas os dois ocupam o mesmo ângulo no seu campo de visão.
Por que o sol precisa estar atrás de você?
Como a luz sai da gota quase no sentido de onde veio, o arco-íris sempre fica do lado oposto ao sol. Para vê-lo, é preciso olhar para a chuva com o sol às costas. E o sol precisa estar baixo: se ele estiver a mais de 42° acima do horizonte, o arco inteiro fica abaixo da linha do horizonte, e não há arco-íris para ver.
É por isso que o fenômeno é mais comum no começo da manhã e no fim da tarde, quando uma pancada de chuva passa e o sol volta a aparecer. Quanto mais baixo o sol, maior a parte do círculo à mostra. No pôr do sol, o arco vira um semicírculo cujo topo fica a 42° de altura. Dá para testar no quintal: de costas para o sol baixo, borrife água com uma mangueira e procure as cores na névoa.
E como aparece o arco-íris duplo?
Às vezes surge um segundo arco, maior e mais apagado, por fora do primeiro. Ele nasce da luz que reflete duas vezes dentro da gota antes de sair. Esse caminho extra muda o ângulo de saída para algo entre 50° e 53° e inverte a ordem das cores: no arco secundário, o vermelho fica por dentro e o azul, por fora. Cada reflexão a mais deixa escapar um pouco de luz, por isso ele é mais fraco.
Entre os dois arcos, o céu fica visivelmente mais escuro. Essa faixa tem nome, faixa escura de Alexandre, e existe porque nenhuma gota naquela região manda luz refratada para você nos ângulos do arco primário ou do secundário. Por dentro do arco principal, ao contrário, o céu costuma parecer mais claro.
A mesma refração que separa as cores numa gota também age em escala muito maior: na atmosfera agitada, é ela que faz as estrelas piscarem à noite. E alguns arco-íris são teimosos: a Real Sociedade Meteorológica britânica cita um, registrado em Taiwan em 2017, que ficou visível por cerca de nove horas.
