Vì sao cầu vồng luôn cong như cánh cung?

Khi ánh nắng đi vào giọt mưa, nó phản xạ một lần bên trong rồi khúc xạ khi đi ra. Ánh sáng này tập trung nhiều nhất theo những hướng tạo thành góc khoảng 42 độ với hướng đối diện hoàn toàn với Mặt Trời, tức hướng tới điểm mà bóng đầu của chúng ta chỉ vào. Nối tất cả những vị trí cách điểm đó một góc 42 độ sẽ được một đường tròn, và những giọt mưa trên đường tròn ấy tỏa sáng thành cầu vồng. Mỗi màu bị khúc xạ một chút khác nhau nên màu đỏ nằm ở phía ngoài, còn màu tím ở phía trong. Đôi khi còn xuất hiện thêm một cầu vồng mờ ở phía ngoài. Đó là cầu vồng do ánh sáng phản xạ hai lần bên trong giọt mưa tạo thành ở vị trí khoảng 51 độ, với thứ tự màu đảo ngược. Bầu trời giữa hai cầu vồng tối hơn hẳn cũng là vì có ít ánh sáng đi tới khoảng giữa ấy hơn.

Vì tâm đường tròn nằm ở phía đối diện với Mặt Trời nên khi Mặt Trời ở trên bầu trời, tâm ấy nằm dưới đường chân trời. Khi Mặt Trời vừa mọc hoặc sắp lặn, tâm nằm ngay trên đường chân trời nên cầu vồng trông gần như một nửa đường tròn. Mặt Trời càng lên cao, cánh cung càng thấp và nhỏ lại, và khi Mặt Trời lên cao hơn 42 độ, chúng ta không thể nhìn thấy cầu vồng từ mặt đất. Đây cũng là lý do chúng ta thường gặp cầu vồng vào cuối buổi chiều hơn là giữa trưa. Theo cùng nguyên lý đó, cầu vồng xuất hiện ở bầu trời phía đông vào buổi chiều và ở bầu trời phía tây vào buổi sáng. Sau khi một cơn mưa rào đi qua, bạn hãy thử đứng quay lưng về phía Mặt Trời.

Có vẻ như cứ đi về phía chân cầu vồng là chúng ta sẽ chạm tới nó, nhưng khi chúng ta bước tới, cầu vồng cũng lùi ra xa một khoảng tương ứng. Bởi cầu vồng là ánh sáng được xác định bởi góc giữa Mặt Trời và mắt chúng ta, chứ không phải một vật thể treo cố định ở một chỗ. Khi chúng ta di chuyển, những giọt mưa nằm ở vị trí góc 42 độ cũng thay đổi, nên thực ra chúng ta và người đứng bên cạnh đang nhìn thấy những cầu vồng do các giọt mưa khác nhau tạo nên. Đây cũng là lý do khi đi xe, chúng ta có cảm giác cầu vồng cứ đi theo mình.

Phần dưới của đường tròn hướng xuống mặt đất, nhưng giữa mắt và mặt đất hầu như không có giọt nước nào để phản xạ ánh sáng trở lại. Nếu các giọt nước hiện diện cả ở khoảng không phía dưới trước mắt, chúng ta sẽ thấy vòng tròn nối dài thêm. Chẳng hạn, vào một ngày nắng đẹp, nếu quay lưng về phía Mặt Trời và dùng vòi tưới vườn phun nước tỏa rộng thành những hạt li ti, đôi khi sẽ xuất hiện một cầu vồng nối thành vòng tròn xuống tận phía mặt đất.