Cầu vồng kép là khi trên trời có hai vòng cung: vòng trong sáng rõ là cầu vồng chính, vòng ngoài mờ hơn là cầu vồng phụ, nằm ở góc khoảng 51 độ, với thứ tự màu đảo ngược. Giữa hai vòng là một dải trời tối hơn hẳn, gọi là dải tối Alexander, theo tên nhà triết học Hy Lạp Alexander xứ Aphrodisias, người mô tả nó từ khoảng năm 200. Cầu vồng kép không hiếm như nhiều người nghĩ, chỉ là vòng thứ hai thường quá mờ nên ít ai để ý.
Cầu vồng phụ hình thành thế nào
Ở cầu vồng chính, tia nắng vào giọt mưa, phản xạ một lần ở mặt sau giọt rồi ló ra về phía mắt ta. Ở cầu vồng phụ, tia sáng phản xạ hai lần bên trong giọt trước khi ló ra. Mỗi lần phản xạ, một phần ánh sáng xuyên qua mặt giọt nước và thoát ra ngoài theo hướng khác, nên tới lượt phản xạ thứ hai, ánh sáng còn lại yếu đi nhiều. Đó là lý do cầu vồng phụ luôn nhạt hơn, thường chỉ bằng khoảng một phần ba hoặc ít hơn độ sáng của vòng chính.
Hai lần phản xạ cũng khiến chùm sáng bị lật ngược. Kết quả là ở vòng phụ, màu đỏ nằm ở mép trong và tím nằm ở mép ngoài, đúng ngược với vòng chính. Nhìn hai vòng cạnh nhau, ta thấy hai dải đỏ quay mặt vào nhau, kẹp lấy dải trời tối ở giữa.
So sánh cầu vồng chính và cầu vồng phụ
| Đặc điểm | Cầu vồng chính | Cầu vồng phụ |
|---|---|---|
| Số lần phản xạ trong giọt mưa | Một | Hai |
| Góc so với điểm đối nhật | khoảng 40–42° | khoảng 50–53° |
| Thứ tự màu từ ngoài vào | Đỏ → tím | Tím → đỏ |
| Độ sáng | Sáng rõ | Mờ hơn nhiều |
| Độ rộng dải màu | Hẹp hơn | Rộng gần gấp đôi |
Cầu vồng phụ rộng hơn vì sau hai lần phản xạ, các màu bị tách xa nhau hơn. Nhưng vì vừa rộng vừa yếu, màu của nó trông nhợt và dễ bị lẫn vào nền mây.
Dải tối Alexander: vì sao trời giữa hai vòng lại tối
Alexander xứ Aphrodisias, một nhà bình giải tác phẩm của Aristotle, đã ghi nhận rằng bầu trời giữa hai vòng cầu vồng tối hơn phần trời xung quanh. Hàng nghìn năm sau người ta mới giải thích được bằng quang học.
Ánh sáng sau một lần phản xạ trong giọt mưa chỉ có thể ló ra ở góc từ 0 tới khoảng 42 độ, nên làm sáng vùng trời bên trong cầu vồng chính. Ánh sáng sau hai lần phản xạ chỉ ló ra ở góc từ khoảng 51 độ trở lên, nên làm sáng vùng bên ngoài cầu vồng phụ. Khoảng giữa 42 và 51 độ không nhận được ánh sáng từ cả hai đường, nên tối hơn. Dải tối này rộng khoảng 9 độ, chừng nửa gang tay xoè khi duỗi thẳng cánh tay.
Ba vùng trời tạo thành một bức tranh dễ nhận ra khi đã biết: trong vòng chính sáng, giữa hai vòng tối, ngoài vòng phụ sáng vừa. Lần sau gặp cầu vồng đậm, hãy nhìn kỹ sự khác biệt này, nó rõ hơn bạn nghĩ.
Những vòng màu phụ bên trong cầu vồng chính
Đôi khi ngay sát mép trong của cầu vồng chính có thêm vài dải hồng và xanh lục nhạt xen kẽ. Đó là cầu vồng thừa (supernumerary). Hiện tượng này không giải thích được bằng tia sáng đơn thuần. Năm 1803, nhà khoa học người Anh Thomas Young dùng nó làm một trong những bằng chứng cho tính chất sóng của ánh sáng: các sóng ánh sáng đi theo đường hơi khác nhau trong giọt nước gặp lại nhau, chỗ thì cộng hưởng sáng lên, chỗ thì triệt tiêu, tạo các vệt màu mảnh.
Cầu vồng thừa rõ nhất khi các giọt mưa nhỏ và đều nhau. Mưa to với giọt lớn nhỏ lẫn lộn sẽ xoá nhoà chúng.
Cầu vồng bậc ba, bậc bốn và những dạng hiếm
- Cầu vồng bậc ba và bậc bốn: do ánh sáng phản xạ ba, bốn lần trong giọt mưa. Chúng nằm ở phía cùng hướng với Mặt Trời, rất mờ và bị ánh sáng chói của bầu trời gần Mặt Trời lấn át. Năm 2011, các nhà nghiên cứu công bố những bức ảnh đầu tiên được ghi nhận rõ ràng về cầu vồng bậc ba và bậc bốn, sau khi xử lý ảnh kỹ. Đừng cố tìm bằng mắt thường, và tuyệt đối không nhìn về phía Mặt Trời.
- Cầu vồng phản chiếu: khi có mặt hồ hay mặt biển phẳng phía sau lưng người xem, ánh nắng phản chiếu từ mặt nước tạo thêm một "Mặt Trời thứ hai" thấp hơn, sinh ra một cầu vồng thứ hai có tâm khác, cắt chéo cầu vồng chính.
- Cầu vồng tách đôi: rất hiếm, khi trong cùng một màn mưa có hai nhóm giọt kích thước khác nhau, cầu vồng chính có thể như tách làm hai nhánh ở chân.
Góc nhìn hôm nay: lúc nào dễ thấy cầu vồng kép
Cầu vồng kép dễ thấy nhất khi có ba điều kiện cùng lúc: Mặt Trời thấp (sáng sớm hoặc chiều muộn), màn mưa dày ở phía đối diện, và nền mây phía sau tối. Ở miền Bắc và miền Trung Việt Nam, những cơn mưa rào cuối chiều mùa hạ, khi phía tây đã hửng nắng, là dịp tốt. Ở Nam Bộ, mùa mưa từ khoảng tháng 5 đến tháng 11 cũng có nhiều cơn mưa chiều hợp điều kiện.
Khi đã thấy cầu vồng chính, đừng vội chụp xong là đi. Hãy nhìn lên phía trên, cách khoảng một gang tay xoè, để tìm vòng thứ hai. Đeo kính râm phân cực đôi khi làm cầu vồng đậm hoặc nhạt đi khi nghiêng đầu, vì ánh sáng cầu vồng bị phân cực mạnh. Một vài trang khí tượng nghiệp dư và câu lạc bộ thiên văn có thư viện ảnh cầu vồng kép, cầu vồng thừa rất đẹp để so sánh.
Câu hỏi thường gặp
Cầu vồng kép là gì?
Là hiện tượng thấy hai vòng cầu vồng cùng lúc. Vòng trong là cầu vồng chính, do ánh sáng phản xạ một lần trong giọt mưa; vòng ngoài là cầu vồng phụ, phản xạ hai lần nên mờ hơn và có màu đảo ngược.
Dải tối Alexander là gì?
Là vùng trời tối hơn nằm giữa cầu vồng chính và cầu vồng phụ. Vùng này không nhận được ánh sáng ló ra sau một lần hay hai lần phản xạ trong giọt mưa. Tên gọi theo Alexander xứ Aphrodisias, người mô tả nó khoảng năm 200.
Vì sao cầu vồng thứ hai mờ hơn?
Mỗi lần phản xạ trong giọt nước, một phần ánh sáng thoát ra ngoài. Cầu vồng phụ cần hai lần phản xạ nên ánh sáng tới mắt ta yếu hơn nhiều, dải màu lại rộng hơn nên trông nhạt.
Cầu vồng kép có hiếm không?
Không quá hiếm. Khá nhiều cầu vồng đậm có vòng phụ đi kèm, chỉ là nó mờ nên nhiều người không để ý. Mặt Trời thấp và nền mây tối giúp thấy rõ hơn.