لماذا يختلف قوس قزح من عين إلى أخرى؟

تبدأ الشمس بالتسلّل من بين غيوم زخّة مطر عابرة. ترفع نظرك إلى السماء، فترى قوس قزح جميلاً يمتدّ بانحناءة واسعة في الأفق. وصديقك الواقف إلى جانبك يراه أيضاً.

لكن ما قد لا تدركه هو أنّ قوس قزح الذي تراه يختلف قليلاً عن القوس الذي يراه صديقك.

ففي الواقع، لكلّ شخص قوس قزح خاص به، لأن أقواس قزح ليست أجساماً مادية، بل ظاهرة بصرية تتشكّل وفقاً لما تراه عيناك.

زوايا محسوبة بدقة

يقول خبير أقواس قزح، فيليب لافن، لبرنامج "كراود ساينس" على خدمة بي بي سي العالمية: "قوس قزح هو الشكل الذي يتكون عندما ينعكس ضوء الشمس، أي الضوء الأبيض، وينكسر بفعل ملايين قطرات المطر في السماء".

ولكي ترى قوس قزح، يجب أن تكون الشمس خلفك، وأن تكون قطرات المطر أمامك، وأن يكون ضوء الشمس قادراً على بلوغ المطر من دون أن تحجبه الغيوم.

عندها، تحدث هندسة مدهشة.

عندما يدخل الضوء إلى قطرة المطر، تقل سرعته داخل الماء ويتغير مساره قليلاً. وتسمى هذه العملية الانكسار، كما يوضح لافن.

لكن ألوان الضوء لا تنحني كلها بالدرجة نفسها. فكل لون، أو كل طول موجي، يتغير مساره بزاوية مختلفة قليلاً، ولذلك يتفكك الضوء الأبيض داخل القطرة إلى ألوانه المختلفة.

بعد ذلك، يصل الضوء إلى الجهة الخلفية من قطرة المطر، فينعكس داخلها. ثم يخرج من الجهة المقابلة، فينكسر مرةً أخرى، فتزداد الألوان تفرقاً ووضوحاً.

وفي النهاية، يخرج الضوء الأحمر من القطرة بزاوية تبلغ نحو 42 درجة مقارنةً باتجاه الضوء قبل دخوله إليها، بينما يخرج الضوء الأزرق أو البنفسجي بزاوية تبلغ نحو 40 درجة.

عندما تنظر إلى الأعلى، تكسر بعض قطرات المطر الموجودة في مستوى أعلى في السماء الضوء الأحمر بالزاوية المناسبة تماماً ليصل إلى عينك، بينما ينكسر الضوء الأزرق في الاتجاه نفسه بطريقة تجعله يمر من فوقك.

أما في قطرات المطر الموجودة في مستوى أدنى، فالضوء الأزرق هو الذي ينكسر بالزاوية المناسبة ليصل إلى عينك.

ولهذا السبب، ترى عادةً اللون الأحمر عند الحافة العليا الخارجية لقوس قزح، واللون الأزرق عند حافته السفلى الداخلية.

في الواقع، تتشكل أقواس قزح على هيئة دائرة حول مركز يسمى "النقطة المضادة للشمس"، وهي النقطة التي يقع عندها ظل رأسك. لكننا لا نرى عادةً الجزء السفلي من الدائرة، لأنه يكون تحت مستوى الأرض.

وكلما كانت الشمس أخفض في السماء، كما يحدث قرب شروق الشمس وغروبها، أمكنك رؤية جزء أكبر من هذه الدائرة.

أما إذا كان ارتفاع الشمس يزيد على 42 درجة فوق الأفق، فإن حتى الجزء الأعلى من قوس قزح يكون دون مستوى الأرض.

ويقول لافن: "عادةً، لا ترى قوس قزح في منتصف النهار".

إذا وقف صديقك إلى يسارك أو يمينك، فسيخرج الضوء من قطرات المطر ويصل إلى عينيه من اتجاه مختلف قليلاً.

وماذا لو انتقلت أنت من مكانك ووقف هو مكانك؟ حسناً، إذا كان أطول أو أقصر منك، فسيصل الضوء إلى عينيه من اتجاه مختلف أيضاً.

وحتى لو كان بطولك تماماً، ووقف في المكان نفسه تماماً، فإن الأرض ستكون قد دارت قليلاً بالنسبة إلى الشمس، وسيكون الضوء قد تغير مرةً أخرى.

عندما يظهر قوسا قزح معاً

إذا حالفكما الحظ، فقد تريان قوسي قزح في الوقت نفسه.

"إذا كانت السماء بينك وبين قوس قزح صافية إلى حد ما، فقد تتمكّن من رؤية ما يُسمّى قوس قزح ثانوياً"، يقول الفيزيائي بينغ واه لي، الأستاذ المساعد في الجامعة الصينية في هونغ كونغ.

وينشأ هذا القوس الثانوي عندما ينعكس الضوء داخلياً مرتين داخل قطرة المطر قبل أن ينكسر إلى خارجها.

وتخرج الألوان بترتيب معكوس: الأحمر على الجهة الداخلية من القوس، والبنفسجي على الجهة الخارجية.

ويكون الفارق في الزوايا بين الأحمر والبنفسجي أكبر، لذلك يبدو قوس قزح الثانوي أعرض من القوس الأوّلي. لكن الضوء يخرج أيضاً أخفت، ولذلك تكون رؤيته أصعب.

ومن الممكن أن ينعكس الضوء مرات أكثر داخل قطرة المطر.

ويوضح لي أن قوس قزح من الرتبة الثالثة أو الرابعة يظهر باتجاه الشمس، ما يجعل رؤيته صعبة للغاية.

أما قوس قزح من الرتبة الخامسة، فعلى الرغم من أنه يظهر على الجهة الأخرى، فإنه يكون خافتاً جداً بالنسبة إلى العين البشرية. لكن المدهش أن باحثاً تمكّن في عام 2012 من التقاط هذه الألوان النادرة بالكاميرا.

حجم القوس كما تراه العين

قد يتشكل قوس قزح الذي تراه من أشعة ضوء مختلفة عن تلك التي يتشكل منها قوس قزح الذي يراه صديقك، لكن أمراً واحداً لا يتغير: حجمه.

فجميع أقواس قزح تشغل المساحة نفسها أمامك، بحسب ريموند لي، عالم الأرصاد الجوية وأستاذ الأبحاث المتقاعد في الأكاديمية البحرية الأمريكية.

ويوضح أنه بما أن قوس قزح ليس جسماً مادياً، "فليس له حجم خطي".

وبدلاً من ذلك، لا يمكن وصف هذه الظاهرة البصرية إلا من خلال حجمها الزاوي، أي الزاوية الممتدة من أحد طرفي القوس إلى الطرف الآخر بالنسبة إليك.

ويقول لي: "يبلغ نصف القطر نحو 42 درجة. ولذلك، إذا ضاعفت هذا الرقم لتحصل على القطر، فسيصبح 84 درجة".

ويبدو أن هذه الزاوية تبقى ثابتة، أينما كنت تقف. وهذا، على الأقل، أمر واحد يشترك فيه قوس قزح الذي تراه أنت وقوس قزح الذي يراه صديقك.