Arcoíris, un fenómeno hermoso además de curioso

El Arcoíris es un hermoso símbolo que evoca la unión de lo divino con lo humano, es como un puente entre el cielo y la Tierra que nos da un mensaje de esperanza con sus hermosos colores y su imponente presencia. Básicamente se trata de un singular fenómeno que se produce entre las gotas de agua y la luz del Sol. En este artículo te explicamos todo las curiosidades del Arcoíris.

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¿Qué es un Fenómeno Óptico?

Un fenómeno óptico, es todo lo que se genera con los rayos de la luz del Sol. Por ejemplo si un rayo de luz proveniente del astro rey se propaga en línea recta, pero en su camino se encuentra con una serie de elementos que cambian su rumbo y provocan los fenómenos a los cuales llamamos ópticos.

Los fenómenos ópticos son los siguientes: la refracción, reflexión, dispersión, difracción y la difusión de la luz.

Refracción 

Es cuando los rayos de luz del Sol sufren un cambio de dirección y velocidad, al pasar de un medio a otro similar pero con distinto índice de refracción, en este caso se habla de que la luz se refracta.

 Reflexión 

La reflexión de la luz sucede cuando la luz se propaga en un medio transparente y llega hasta otro medio también transparente, mientras sigue propagándose en el mismo lugar de origen; es decir la luz se refleja.

Dispersión 

Es un fenómeno que se genera cuando un rayo de luz blanca logra pasar a través de un medio transparente como por ejemplo el aire y luego se refracta, dejando a a salida de este los colores de las que está compuesta.

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Difusión

La difusión de la luz se lleva cabo luego de que esta ha pasado por el proceso de dispersión, consiste en la reflexión sobre una superficie de características irregulares. También se habla de la difusión de la luz cuando esta se transmite desde un medio no transparente.

  Difracción

Es un fenómeno que se origina cuando las ondas de las que se forma la luz, pasan a través de un orificio estrecho; cuando esto ocurre, la luz se deforma y cambia su particular forma de haz y se abre, ya que el orificio actúa como si fuera un segundo agente emisor.

Todos estos conceptos se aplican al fenómeno óptico como  el arcoíris, el cual involucra las propiedades de la luz e interacción con la materia.

¿Qué es un arcoíris?

Reconocemos como un  arcoíris es básicamente un fenómeno óptico y meteorológico, es decir que ocurre en la atmósfera junto con las nubes, la lluvia y el viento. Descubre más sobre interesantes temas de la naturaleza en nuestro artículo Rayo

Un arcoíris consiste en la silueta que aparece en el cielo, en forma de uno o más arcos que nos muestran un haz de luz multicolor, que se origina por un proceso que descompone la luz solar en un espectro visible.

El arcoíris se produce por la refracción de la luz, cuando los rayos del sol atraviesan las pequeñas gotas de agua que están suspendidas en la atmósfera de nuestro planeta.

En cuanto a la forma el arcoíris está compuesto de arcos concéntricos, es decir, que parten del mismo centro, eje o origen, mostrando colores variados en cada uno de estos arcos, sin pérdida de continuidad entre cada uno de ellos.

Generalmente se presenta el color rojo en el arco que se muestra en la parte más exterior del arcoíris y el color violeta en el círculo más interior.

Una de las características más impactantes del arcoíris, es que si el espectador del mismo se ubica a una altura suficiente, como por ejemplo, la que alcanza un avión normalmente, el arcoíris se muestra como en realidad es, un círculo completo.

El arcoíris doble

El arcoíris puede presentarse en el cielo como un arco doble, que aunque es menos frecuente que el de un solo arco, también se puede observar en el cielo en cualquier momento si existen las condiciones apropiadas.

En este tipo de arcoíris notamos que además del arcoíris normal al que estamos acostumbrados, tenemos también un segundo arco que generalmente suele ser más tenue y presenta los colores invertidos, e decir el rojo hacia la parte interior del arco en cuestión y el violeta en el borde exterior.

Se cree que en el arcoíris se une en un gradiente continuo los principales colores del espectro visible, los cuales se denominan colores fundamentales, los cuales son 7: rojo, amarillo, verde, naranja, azul, cian y violeta. Los colores antes mencionados son en un modelo de colores de luz RGB tres colores primarios, dos secundarios y dos terciarios.

Historia de la ciencia del Arcoíris

El sabio y filósofo de la antigua Grecia, Aristóteles, fue uno de los primeros en caer cautivado ante la enigmática belleza de los arcoíris.

A pesar de que en su época era muy poco lo que se sabía del fenómeno o sobre los elementos atmosféricos, ópticos y de las condiciones meteorológicas, Aristóteles logró captar con coherencia relativa y mucha creatividad, la naturaleza del arcoíris.

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Luego de muchos años de tener sus afirmaciones y teorías acerca del arcoíris,  como la única referencia, gran parte de las hipótesis que surgieron en este respecto son derivadas de la opinión de Aristóteles, algunas de ellas eran en contra pero tras lo apoyaban abiertamente.

Luego de la muerte del Aristóteles, Séneca se dedica a analizar las teorías que existen sobre el arcoíris; en su exposición, este sabio indica que los arcoíris aparecen siempre del lado opuesto del que se encuentra el Sol en el cielo.

También infiere que el arcoíris puede aparecer en medios muy diversos, con el requisito de que exista agua en el entorno ambiental, indica que hasta ha logrado ver un pequeño arcoíris en las gotas de agua pulverizada que sale  a través de un pequeño agujero en una tubería.

Estudios de Séneca

Este sabio pensador, relató la experiencia de ver arcoíris producidas por varillas de vidrio, lo cual básicamente son los primeros pasos que luego seguiría Newton en sus estudios con los prismas. En sus teorías argumentaba que según sus estudios e investigaciones, el arcoíris se genera por la luz del Sol reflejada en cada gota de agua del ambiente.

Otra de las teorías que apoya Séneca es que la luz del Sol puede reflejarse en una nube, como si se tratara de que los rayos estuvieran frente a un espejo cóncavo.

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Otros fenómenos meteorológicos que analizó Séneca son los halos solares y la parhelia, la cual consiste en un fenómeno óptico que se produce la refracción de la luz por la gran cantidad de hielo que puede estar presente en las nubes altas. Descubre más sobre curiosidades interesantes en nuestro artículo Nubes

Primeras explicaciones científicas

Las primeras explicaciones científicas de las que se tiene conocimiento, al analizar el arcoíris. Estas primeras teorías indican que el origen de la formación del arcoíris se trata de una imagen reflejada en una superficie cóncava.

Siguiendo en este orden de ideas, una de las primeras teorías explica que, en el caso de que los rayos de luz provengan de una fuente que esté ubicada más lejos que cualquier lugar dentro del eje de la superficie, se formarán círculos concéntricos en este punto.

Por otro lado, la teoría continúa indicando que si se supone que el Sol es la fuente de luz más alejada, el punto de observación del observador podrá exponerse como un punto en el eje del espejo, para que luego se formen los círculos concéntricos desde el eje.

Estas teorías pioneras sobre los orígenes de formación del arcoíris son imposibles de verificar, pues están fundamentadas sobre datos inexactos y muy vagos, lo cual hace que resulte imposible una verificación experimental.

Una opción alterna que proporcionó un erudito Persa acerca del concepto de arcoíris es que se forma en la nube que se encuentra en el campo visual del observador usando como medio de refracción la niebla. Descubre más sobre este tema en nuestro artículo Niebla

En esta teoría se indica que la nube sirve como fondo y la neblina como medio, además este autor cambia el lugar en el que se forma el arco y los colores, afirmando que es una percepción más bien subjetiva de la persona que mira el arcoíris. Esta teoría al igual que la anterior resultaron totalmente incorrectas.

Otros estudios

Desde el continente Asiático llega la teoría en el año 1095  que plantea la hipótesis de que los arcoíris se formaban en el momento en que la luz del sol se encontraban con las gotas de humedad en el aire, lo cual convierte al arcoíris en un fenómeno de refracción de la atmósfera. Esta afirmación está acorde con las teorías de estudios modernos sobre este respecto.

Luego en el año 1300 un astrónomo Persa de nombre Kamāl al-Dīn al-Fārisī propuso una teoría en la  que un rayo de luz podía ser refractado por una gota de agua dos veces, entre las cuales se producían los reflejos.

arcoírisPara probarlo, utilizó una esfera de vidrio llena de agua que se colocó en una cámara oscura la cual tenía una fuente de luz controlada. Al realizar la proyección de la luz se dedujo que los reflejos y las refracciones se debían a fenómenos de descomposición de la luz.

En Europa

Uno de los pioneros en el estudio del arcoíris es el científico Inglés Roger Bacon quien experimentó con la refracción de la luz a través de cristales y gotas de agua, de lo cual obtuvo los colores correspondientes al arcoíris.

Bacon fue el primero en realizar el cálculo matemático sobre el tamaño angular del arcoíris, asegurando que la cima del mismo  no puede estar a más de 42 grados sobre el horizonte.

En el año 1600 el físico Teodorico de Freiberg explica el arcoíris doble. Sobre esto indica que cuando la luz solar atraviesa las gotas individualmente, los rayos tienen dos refracciones, una al entrar y otra al salir de la gota.

Lo cual produce un reflejo en la parte de la salida (zona posterior de la gota) antes de que el reflejo principal lo capte el ojo del observador. Descubre más sobre interesantes temas de salud en nuestro artículo llamado Ojos

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Descartes y Newton

El reconocido físico y matemático René Descartes en su publicación del año 1637 llamada Discurso del Método indica que el tamaño de las gotas de lluvia no tenía ningún efecto sobre el proceso de formación del arcoíris.

Para fundamentar su teoría realizó experimentos donde utilizó una gran esfera de vidrio llena de agua, de donde concluye  que el reflejo del arco primario proviene de un único reflejo interno dentro de la gota de lluvia, y el segundo lo determinarían otros dos reflejos diferentes.

El científico apoyó sus conjeturas en una derivación de la Ley de Refracción similar a la Ley de Snell. Mientras que su explicación teórica para los colores está basada en la teoría tradicional de que todos los colores se originan desde una luz blanca.

Por su parte Newton se enfocó en demostrar que la luz blanca estaba compuesta por todos los colores del arcoíris sin excepción. Según este físico matemático, un prisma de vidrio podía efectuar la separación del espectro completo de colores, lo cual se denomina la Descomposición de la luz.

Un aspecto importante de los estudios de Newton sobre la luz es que fue el primero en indicar que la luz en color rojo se refracta menos que la azul, de lo que se deriva la primera explicación con base científica sobre las características de los colores del arcoíris.

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La Teoría Corpuscular de la luz fundamentada por Newton no pudo explicar de manera certera los arcoíris supernumerarios, esa es una contribución de Thomas Young quien analizó la manera de cómo responde la luz bajo ciertas condiciones; de lo cual se concluye que la luz se comporta como una onda e interfiere consigo misma.

Explicaciones Científicas sobre el fenómeno

La luz del sol incide en las gotas de lluvia directamente, generando en ellas el efecto óptico visual que nos muestra el arcoíris en el cielo.

Los rayos solares involucrados en el proceso de formación del arcoíris, traspasan las gotas de lluvia con un ángulo de 138 grados aproximadamente, medida relacionada con la dirección que llevaba la luz antes de entrar al medio acuoso.

Justo como lo explicó Descartes en el año 1637, como el ángulo del arcoíris es solo de 138 grados la luz no se refleja hacia su origen. Esto implica que el arcoíris sea visible para la persona que no se encuentre entre el sol y la lluvia. “Si se está frente a un arcoíris, el Sol está detrás“.

Proceso de Formación del Arcoíris: Datos específicos 

Específicamente, estudios indican que la luz amarilla del arcoíris es la que tiene un ángulo de dispersión de 138 grados desde su trayectoria originaria.

La luz de los otros colores que se forman en el arcoíris tiene distintos ángulos, por ejemplo la luz roja tiene unos grados de dispersión menor que los 138 grados de la luz amarilla y la violeta se ubica en un rango mayor que el valor de referencia.

Destellos de luz

Increíblemente, un rayo de luz del sol, cambia de dirección an entrar en la gota, lo cual causa la primera refracción. Luego de esto se mueve hacia la parte contraria de la gota, logrando reflejarse por segunda vez, ahora en la cara interna de la misma.

La última refracción la sufre al salir de la gota de humedad originando que la luz se disperse. Son estas refracciones de la luz las que impulsan la descomposición de colores, pues cada longitud de onda tiene un ángulo diferente, lo cual genera cada color en el arcoíris.

La formación del arcoíris tiene un rasgo característico, el cual consiste en que la luz solar atraviesa muchas gotas de lluvia al mismo tiempo, este efecto combinado de pequeños destellos de luz dispersados dan como resultado un arcoíris en el cielo.

La forma y el tamaño de las gotas afectan la intensidad de los colores que podemos ver en el cielo, las pequeñas dan origen a una imagen pálida con tonos más bien pastel, las gotas grandes producen colores más intensos y vivos.

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Las gotas de mayor tamaño se ven afectadas por la resistencia del aire mientras son atraídas por la gravedad, lo cual genera una distorsión con la que el final del arco parece tener los colores más resplandecientes. Este fenómeno originó la leyenda de que al final del arcoíris hay una resplandeciente olla de oro.

Arcoíris Secundario

El cielo puede ponerse más colorido aún, ya que algunas veces podemos observar un arcoíris secundario.

El arcoíris primario siempre se presenta como un arco interior que está más cercano a la persona que tiene el privilegio de observar el fenómeno, el secundario luce siempre como más lejano.

Este tipo de arcoíris se produce si la luz que interviene en el proceso de formación realiza al menos dos refracciones y además tres reflexiones internas en la gota de agua.

El resultado de este conjunto de condiciones es un arcoíris que se denomina secundario, el cual tiene los colores de manera invertida que el arcoíris que estamos acostumbrados a ver; su imagen siempre luce más débil y se ubica por encima del primario.

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El hecho de que luzca con los colores más tenues es porque la luz que se refracta se debilita al salir del exterior cuando sufre cada reflexión interna.

En el arcoíris secundario se observa una diferencia con respecto a los ángulos (incidente y refractado) los cuales son mayores que en el arcoíris primario; la luz roja tiene 50 grados y la violeta 54 grados aproximadamente.

La razón de que los colores estén invertidos se debe a que la reflexión interna es doble. Debido a este principio, se pueden generar múltiples arcoíris en el cielo, llamados Arcoíris Supernumerarios causados por el número de reflexiones internas de la luz dentro de la gota de agua.

Lamentablemente debido a que la luz se debilita con cada reflexión, llega un momento que es tan tenue que no es perceptible para el campo de visión del ser humano.

 Región entre ambos arcoíris

La región entre el arcoíris primario y el secundario no contiene reflejos de luz. Según ciertas teorías se cree que esta zona es demasiado oscura, además se da la condición de que la parte exterior del arcoíris secundario y la interior del primario cuentan con una cantidad abundante de luz causando un interesante contraste.

Este fenómeno se debe al reflejo de la luz blanca que se encuentra concentrada justo antes de la zona de refracción para que se forme esa franja del arcoíris.

En esta zona oscura, situada de manera intermedia entre los dos fenómenos ópticos, tiene abundante cantidad de agua que absorbe toda la luz hacia el interior de sí misma.

Esa es básicamente la explicación científica de que el arco secundario sea solamente el reflejo del primario, visible desde la dirección del observador, a este fenómeno se le conoce como Banda de Alejandro.

La perspectiva del observador

Al observar un arcoíris, lo que en realidad se capta visualmente es la luz solar dispersada de manera especial por ciertas gotas de lluvia.

De hecho, un apersona que esté a corta distancia del primer observador, percibe la luz en dispersión por otras gotas. Lo cual metafóricamente hablando, puede decirse que cada quien ve su propio arcoíris, diferente del que ven todos los demás.

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Desde la antigüedad, las personas han sentido curiosidad de conocer la posición del arcoíris, para así poder determinar el final del arco, es decir el extremo donde desaparece porque ya no existen gotas para la descomposición de la luz.

En realidad la forma del arcoíris no permite hacer tal cosa, ya que todas las gotas que lo forman están en la misma posición con respecto al sol y al espectador, así que la descomposición de la luz se realiza de la misma manera.

Gotas esféricas

Las condiciones atmosféricas son relevantes a la hora de que se forme este fenómeno óptico, cuando se combinan los elementos meteorológicos adecuados y el lugar de observación es el preciso, las gotas de lluvia y los rayos de sol encuentran la manera más hermosa de interactuar entre sí, formando un anillo de luz multicolor completo.

Este tipo de arco se llama el Arcoíris Circular y es básicamente un fenómeno meteorológico que nos presenta además de una forma inusual, tiene también diferente exposición de los colores, ya que en el arcoíris normal, el rojo es el color exterior y el violeta el interior, en el aro circular la disposición de los tonos está a la inversa.

Para que las personas puedan disfrutar de un hermoso arcoíris en el cielo, deben estar involucradas gotas de lluvia con forma esférica y uniforme, al menos en el área donde se forma el arcoíris.

Elementos indispensables 

Las gotas  esféricas tienen la característica de que caen de manera uniforme atraídas por la Ley de Gravedad de la Tierra; lo cual es posible gracias a la aceleración gravitatoria del planeta y las fuerzas de oposición que fundamentalmente la gota se encuentra cuando está en el aire.

Cuando se habla de que las gotas tienen una velocidad uniforme quiere decir que la gota adquiere un volumen máximo conservando una superficie que sigue siendo mínima o sea en forma de esfera.

Estos elementos son los requisitos indispensables para que la dispersión luminosa se realice de manera adecuada en el interior de la gota. Si la gota de agua tiene variaciones en su forma o en su composición esto repercute en la formación del arcoíris.

En relación a esto tenemos que un factor importante es que la lluvia no debe ser demasiado torrencial o fuerte, y que la intervención del viento sea mínima, motivo por el cual siempre se observa que el arcoíris se produce cuando llueve en presencia del Sol.

La altura del Sol

Por último debemos tomar en cuenta la altura del Sol cuando se produce un arcoíris, pues este punto de referencia nos da una idea de que tanto se alcanzará a ver el arco.

Siguiendo esta idea, cuanto más bajo se encuentre el Sol más alta se verá la cresta del arcoíris, lo cual también ocurre de manera inversa. Si elevamos el punto de observación desde donde se percibe el arcoíris podemos ver que este continúa por debajo de la línea que marca el horizonte.

Las personas que tienen la habilidad de escalar montañas muy elevadas han tenido el privilegio de ver algunas veces la maravilla natural de los arcoíris completos.

En este sentido se tienen los testimonios de los pilotos, quienes han informado haber observado genuinos arcoíris circulares o completos; los cuales pueden ser apreciados durante un vuelo solo por los pilotos debido a que su campo visual es mayor que el de los pasajeros que la mayoría de las veces no los perciben.

Los 7 colores del Arcoíris

El científico matemático Isaac Newton estudió la refracción de la luz y luego de realizar experimentos relevantes llega la conclusión de que la luz solar se fragmenta en 7 colores, esto sucede al dejar pasar un rayo de luz por un orificio hasta un recinto oscuro.

En su experimento la luz atraviesa un prisma que se despliega en la pared opuesta, lo cual da como resultado una línea contínua de diferentes colores.

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Luego el científico señalaría que de este importante trabajo de investigación, logró señalar en un círculo de colores que la luz, en un efecto similar al del arcoíris, se compone de 7 colores; este fenómeno lo podemos observar en el Disco de Newton.

En el espectro visible, o sea en el campo visual que el ojo humano puede captar, existen gradientes de colores continuos, que dan como resultado miles de combinaciones de tonos de colores, de los cuales los 7 colores del arcoíris son una representación.

Explicaciones no Científicas

El arcoíris tiene muchas implicaciones no científicas, de hecho en todas las culturas se tienen historias desde tiempos ancestrales que explican la formación de esta hermosa figura que se muestra en el cielo luego de una lluvia refrescante.

En la Biblia

Según el Antiguo Testamento el arcoíris es un regalo de Dios, creado por él en señal de el pacto que se realizó entre Señor con el hombre, luego de purificar la Tierra con la lluvia intensa  del Diluvio Universal.

En esta historia Bíblica, Dios mismo dibujó el arcoíris en el cielo como muestra de buena voluntad, para que cada vez que lloviera el mundo recuerde la promesa hecha por Dios a  Noé de que jamás haría sucumbir a los pecadores por medio de un diluvio.

Mi arco he puesto en las nubes, el cual será la señal del pacto entre nosotros…  Sucederá que cada vez que haga venir nubes sobre la tierra, se dejará ver entonces mi arco entre ellas en el cielo. Y me acordaré del pacto, que hay entre mí  y todo ser viviente; y no habrá más diluvio de aguas para la destrucción del pecado.

Génesis 9:13

Leyenda de Gilgamesh

Es una de las leyendas de creación del arcoíris, es de origen Babilónico y en ella se narran las aventuras del Rey Gilgamesh en una de las obras épicas más antiguas jamás escritas.

En esta obra el arcoíris es el collar de pedrería de la gran madre Ishtar, el cual utiliza simbólicamente como un recordatorio, ya que lo levanta en sus manos hacia el cielo y hace la promesa de que “Jamás olvidará la gran inundación que se llevó a sus hijos

Mitología Griega y Nórdica

El arcoíris es para los Griegos un símbolo de esperanza y comunicación con los Dioses, ya que al arcoíris se le consideraba una Diosa, la cual se encargaba de transportar los mensajes entre las Deidades y los mortales.

Esta Diosa se llamaba Iris y era la hija de Taumante uno de los Dioses marinos Primordiales y de la Oceánide Electra, quien era una de las hijas del Rey Agamenón.

Por otro lado para la Mitología Nórdica, el arcoíris es un puente, tradicionalmente llamado Bifröst  el cual básicamente es un puente que un Midgard (mundo de los hombres creado por Odín el Padre de Todo) y Asgard un mundo de Dioses y seres superiores, que estaba rodeado por una muralla impenetrable casi completa, la cual tenía como puerta de entrada y salida el Bifröst.

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