Después de un a tormenta es muy común ver un magnífico arco de color estampado en el cielo, aunque estemos lejos de encontrar la olla con monedas de oro, percibimos con total plenitud el fenómeno que suele ser el punto predilecto para la fotografía meteorológica.
Estos arcos ocurren debido fenómenos ópticos encuadrados en la línea de fotometeoros. Un fotometeoro es aquel fenómeno luminoso que tiene lugar en el atmósfera debido a la reflexión, refracción, difracción o interferencias de la luz solar o lunar. En esta clasificación se encuentran el arco iris, arco circunhorizontal, arco de niebla, arco tangente, corona, espejismo, gloria, halo lunar, halo solar, parhelio o falso sol, pilar de sol, rayos anticrepusculares, rayos crepusculares, rayo verde, etc.
Seguramente el más conocido de todos, el arco iris. El arco iris se encuentra en la cúspide de fenómenos de refracción y difracción en este fantástico mundo de fenómenos meteorológicos.
Una de las preguntas más frecuentes que nos podemos llegar hace es si la aparición del arco iris señala el fin de la tormenta. Básicamente si, por que es una señal que los rayos del sol asoman desde algún punto, ya que, cuando el grueso de la tempestad ha pasado, las gotículas de agua que quedan precipitando a modo de llovizna son interceptadas por estos rayos y hacen posible el fenómeno.
Refracción y difracción
Volvamos a repasar lo de refracción y difracción, lo siguiente se suele dar en la presencia de ciertos patrones adecuados, imprescindibles. Se dice que lla luz del sol es blanca, pero en realidad resulta de una mezcla de distintos colores. Esta al pasar por una gota de lluvia, los rayos del sol son desviados. Reflejan la parte posterior de una gota y vuelven a desviarse al salir. Así es como se produce el fenómeno del arco iris, éste se genera por el reflejo de la luz del sol en millones de gotas de lluvia.
Para que el arco iris sea visible en el cielo, el sol debe estar detrás de nosotros y bastante bajo. Es por aquello que los arcos iris nunca se ven durante el mediodía, si no durante la tarde, cuando el sol ya baja sobre el poniente. Cuando la luz llega a una gota, en su mayor parte la atraviesa, pero la que incide en los bordes de la gota se refracta en los colores del espectro. Esta luz refractada sale de la gota con un ángulo de unos 42 grados respecto a los rayos entrantes.
Es interesante señalar que ninguna luz emerge en la región entre los arcos iris primario y secundario. Esto coincide con algunas observaciones, que señalan que la región entre los dos arcos es muy oscura, mientras que en la parte exterior del arco secundario y en la parte interior del arco primario es visible una considerable cantidad de luz, lo cual se debe al reflejo de la luz blanca concentrada justo antes de su refracción para formar el arco iris. Esta zona oscura intermedia se debe a la intensidad de la cortina de agua, que absorbe toda la luz posible hacia el interior de la misma, por lo que el arco secundario es simplemente un reflejo del primario en dirección hacia el observador y es conocida como «Banda de Alejandro».
A veces, si la luz se reflejó dos veces en el interior de cada gota de lluvia, puede verse un arco iris doble, este mucho más pálido que el primario, y los colores aparecen en orden inverso, con el rojo en el interior.
Newton demostró que cuando un rayo de luz pasaba a través de un prisma de vidrio se refractaba, dividiéndose en un espectro de colores, de los que dedujo que la luz blanca era una combinación de todos los colores del espectro visible.
De este experimento se infería una explicación para el fenómeno del arco iris: las gotas actúan como millones de prismas diminutos, dividiendo la luz solar en sus componentes.
Pero muchos siglos antes de que naciera Newton la naturaleza ya había descompuesto la luz del Sol una y otra vez ante los ojos de nuestros antepasados. Algunas veces, después de una llovizna; otras, tras una tormenta. Lo cierto es que el arco iris fue durante mucho tiempo un fenómeno tan asombroso como sobrecogedor. Tomado en ocasiones como portador de augurios, en otras como inspiración de leyenda, y siempre como una obra de arte, nunca ha dejado de parecer maravilloso al ser humano.
Un gran fenómeno óptico-atmosférico
Un rayo de luz solar, de los que «hacen» un arco iris, cambia su dirección tres veces mientras se mueve a través de una gota de lluvia. Primero entra en la gota, lo cual ocasiona que se refracte ligeramente. Entonces se mueve hacia el extremo opuesto de la gota, y se refleja en la cara interna de la misma. Finalmente, vuelve a refractarse cuando sale de la gota de lluvia en forma de luz dispersa. La descomposición en colores es posible porque el índice de refracción de la gota de agua es ligeramente distinto para cada longitud de onda, para cada color del arco iris.
En el siguiente caso vemos un arco iris formado por las gotas de lluvia de esta imponente tormenta, donde se observa un tornado y el granizo precipitando de la nube madre.
Respecto de las condiciones para ver un arco iris se reducen a que el observador tiene que estar localizado entre el sol y una lluvia de gotas esféricas (una lluvia uniforme). Es posible que el observador crea que la lluvia no es uniforme donde él se encuentra, pero sí debe serlo desde donde localizaría el arco iris.
¿Y cuándo son las gotas esféricas? Las gotas son esféricas cuando caen a una velocidad uniforme, constante. Esto es posible en condiciones de aceleración gravitatoria contando con las fuerzas viscosas de oposición del aire. Cuando se cumple que la velocidad de las gotas es uniforme, la gota adquiere un volumen máximo con la mínima superficie (esfera). Sólo en estas condiciones es posible la dispersión luminosa dentro de la gota y por tanto el arco iris, aunque ligeras variaciones de la esfera puedan dar diversas variaciones en un arco iris. Por lo tanto, la lluvia no debe ser torrencial, ni estar afectada por el viento.