למה הקשת בענן מעוקלת?

הגשם בדיוק חלף, הגינה נוטפת, והשמש של אחר הצהריים יוצאת מאחורי הגב שלכם. והנה היא מעל הגגות: קשת צבעונית גדולה, מסודרת כאילו שורטטה במחוגה. וזה מעלה שאלה הוגנת. הגשם יורד בקווים ישרים ואור השמש נע בקווים ישרים, אז מי מצייר את העיקול?

התשובה הקצרה

אף אחד לא מצייר קשת. הקשת בענן היא מעגל, והקרקע מסתירה את החלק התחתון שלו. שירות מזג האוויר הלאומי של ארצות הברית, National Weather Service, מתאר את הקשת כקבוצה של קשתות צבע כמעט מעגליות בעלות מרכז משותף, ומסביר את השאר בפשטות: איננו רואים את המעגל המלא כי כדור הארץ מפריע. מרכז המעגל הוא הנקודה שנמצאת בדיוק מול השמש, כלומר המקום שבו נופל צל הראש שלכם.

איך טיפה בונה מעגל

כל טיפת גשם פועלת כמו מראה עגולה זעירה שמחוברת אליה מנסרה. אור השמש נשבר כשהוא נכנס לטיפה, מוחזר מהצד הפנימי המעוקל של הדופן הרחוקה, ונשבר שוב בדרך החוצה. השבירה הזאת מפרידה את האור הלבן לצבעים. אבל האור לא יוצא באופן שווה לכל הכיוונים. חלק גדול ממנו מתרכז לאורך מסלול אחד, שחוזר בזווית של כ־42 מעלות מהכיוון שבו נע אור השמש.

לכן טיפה שולחת אליכם את הצבע שלה רק אם היא נמצאת בדיוק בזווית הזאת מהעין שלכם. עכשיו שאלו איפה נמצאות כל הטיפות עם הזווית הנכונה. כפי שמסבירים הפיזיקאים של University of Illinois, הן נמצאות על חרוט שאתם בקודקוד שלו, והוא פונה הרחק מהשמש. הביטו לאורך חרוט מהקודקוד שלו, ומה שתראו הוא מעגל. האור האדום יוצא מהטיפה בזווית מעט רחבה יותר מהכחול, ולכן האדום יוצר את השפה החיצונית של הקשת והכחול את הפנימית.

• 42° מהנקודה שמול השמש עד הקשת הראשית
• ≈ 50° כאן מופיעה הקשת השנייה, החיוורת יותר
• 2 החזרות בתוך כל טיפה בשביל הקשת השנייה

במה אנשים טועים לעיתים קרובות

התמונה המקובלת היא של קשת שעומדת אי־שם בשדה, עם שני קצוות שאפשר ללכת אליהם. באירלנד של המאה ה־17, מציין National Weather Service, נהגו לומר שהסיכוי למצוא סיר זהב שווה לסיכוי למצוא את קצה הקשת, והם העריכו את הסיכויים די נכון. הקשת איננה חפץ שנמצא במקום מסוים. היא אוסף של כיוונים שנמדדים מהעין שלכם, ולכן כשאתם הולכים, היא הולכת איתכם. מי שעומד לידכם נמצא בקודקוד של חרוט מעט שונה, ורואה קשת שעשויה מטיפות אחרות.

גם גודל הקשת משתנה במהלך היום. ככל שהשמש נמוכה יותר, חלק גדול יותר מהמעגל עולה מעל האופק, ובשקיעה מתקבל חצי מעגל שלם שהשיא שלו בגובה 42 מעלות. אם השמש מטפסת גבוה מ־42 מעלות, המעגל כולו שוקע מתחת לאופק ומהקרקע אין מה לראות. זו הסיבה שהקשתות המרשימות ביותר מופיעות כשהשמש נמוכה.

איך אנחנו יודעים

אפשר לבדוק את זה אם עולים למעלה. השירות המטאורולוגי הבריטי, Met Office, מציין שמהר או ממטוס הקרקע כבר לא חותכת את התמונה, ואפשר לראות את הטבעת כולה. הגאומטריה גם מנבאת משהו שקל לבדוק ביום של מזל. אור שמוחזר פעמיים בתוך טיפה יוצא בזווית של כ־50 מעלות, ולכן אמורה להיות קשת שנייה, חיוורת יותר, מחוץ לראשונה ועם צבעים בסדר הפוך. והיא אכן שם. רצועת השמיים שבין שתי הקשתות נראית כהה יותר מהשאר, ויש לה אפילו שם: הרצועה של Alexander. לא רע בשביל כמה מיליוני טיפות מים, שכל אחת מהן עושה את אותו דבר פשוט ושולחת מעט צבע לכיוון שלכם.