NICU GOGA

NOIUNI DESPRE CURCUBEU

MATERIAL AUXILIAR N SPRIJINUL PROGRAMEI COLARE NR.5097/09.09.2009

Editura Revers, Craiova, 2010

Corectura aparine autorului. Editura REVERS Craiova Toate drepturile asupra acestei ediii sunt rezervate editurii. Orice reproducere integral sau parial, prin orice procedeu, a unor pagini din aceast lucrare, efectuate fr autorizaia editorului este ilicit i constituie o contrafacere. Sunt acceptate reproduceri strict rezervate utilizrii sau citrii justificate de interes tiinific, cu specificarea respectivei citri. Editura REVERS Craiova All rights reserved. This book is protected by copyright. No part of this book may be reproduced in any form or by any means, including photocopying or utilised any information storage and retrieval system without written permision from the copyright owner.

Editura Revers ISBN: 978-606-611-024-22

1.INTRODUCERE

Curcubeul, acest mirific fenomen optic extrem de frumos, a fost observat nc din preistoria umanitii, dar a fost foarte puin, sau aproape deloc, relatat prin documente scrise sau picturi rupestre. Azi tim c acest fenomen optic se datoreaz descompunerii luminii i poate fi observat odat cu strlucirea Soarelui, dup ploaie n atmosfera terestr, sub forma unui arc multicolor: de la rou spre exterior pn la violet n interior. Limea curcubeului este un spectru continuu de culori cu toate c secvenele sale sunt cuantificate. Acest fapt i-a sugerat lui Newton o regul de memorare mecanic: Roy G. Biv, care reprezint un nume propriu alctuit din iniialele culorilor curcubeului din limba englez: Red = rou; Orange = oranj/portocaliu;3

Yellow = galben; Green = verde; Blue = albastru; Indigo = indigo; Violet = violet. Roy G.Bivul englezesc a fost tradus n limba romn prin ROGVAIV: rou, orange/portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet. Curcubeul poate fi cauzat i de alte surse care produc picturi de ap asemntoare celor de ploaie (de exemplu: picturile de cea, rou sau spray, etc.). Curcubeul poate fi observat oriunde sunt picturi de n aer i Soarele strlucete din spatele observatorului, la un unghi i o altitudine joas pe sol.Cel mai spectacular curcubeu se produce atunci cnd jumtate din cer este acoperit de nori negri de ploaie i observatorul privete n direcia unui spot de cert senin pe direcia Soarelui. Rezultatul este un splendid curcubeu luminos care contrasteaz cu restul ntunecat al cerului.4

Curcubeul se mai poate produce n apropierea cascadelor sau a fntnilor arteziene,iar efectul poate fi deasemenea creat n mod artificial prin dispersarea picturilor de ap n aer n timpul unei zile luminoase. Rareori se produce i curcubeul de Lun (curcubeul lunar sau curcubeul din timpul nopii), care poate fi observat n nopile senine cu Lun Plin, iar percepia vizual a omului ntr-o astfel de lumin este alb.

5

2. ART Curcubeul este n general descris ca o varietate de cualoare i pace, iar din acest motiv la apariia sa este considerat ca aductor de veti bune i bunstare. n art el este adesea prezent n picturi.

NOAH mulumind lui Dumnezeu. Credit : www.en.wikipedia.org.6

Joseph Anton Koch a pictat acest tablou inspirat fiind de Genez cap.8-9 n care Noah a construit un altar n cinstea lui Dumnezeu i pentru c a scpat de Potop, iar Domnul n semn de rspuns a trimis curcubeul pe cer. Curcubeul este frecvent utilizat ca un mesaj divin, ca n tabloul de mai sus, dar are i o semnificaie programatic general, ca n tabloul Melancolia I al lui Albrecht Drer.

7

Tabloul Melancolia I al lui Albrecht Drer. Credit:www.abcgallery.com/D/durer/durer3.html.

8

Picturile romantice au redat efectul pasager al luminii la apariia curcubeului. Aici se pot aminti picturile lui Turner i Constable. Exemple n acest sens sunt i cele dou tablouri ale lui Peter Paul Rubens:

Peisaj cu curcubeu-1638. Credit:http://www.peterpaulrubens.org/Landscapewith-a-Rainbow-c.-1638.html.

9

Peisaj cu curcubeu-1635. Credit:http://www.peterpaulrubens.org/Landscapewith-aRainbow-1632-35.html.

10

3. CULTUR I MITOLOGIE Printre primele surse, n care apare evocat curcubeul, Epopeea lui Ghilgamesh (capitolul unsprezece) ni-l descrie ca fiind un colier de pietre preioase la gtul Zeiei Mam Ishtar, care l-a lsat pe cer ca o promisiune c nu va uita niciodat potopul care i-a omort copiii. n epopee este consemnat potopul n care zeia i-a scos colierul de pietre preioase, primit n dar de la tatl ei Anu, spunnd: Preamrii Zei, la fel de sigur cum acest colier atrn la gtul meu eu nu voi uita aceste zile ale Potopului. Ofer acest colier tuturor zeilor cu excepia lui Enlil, datorit faptului c fr nici un motiv a adus Potopul i mi-a distrus oamenii. Aceast poveste este reluat i n Biblie, respectiv Vechiul Testament (capitolul 9 al primei cri, Facerea), unde se spune c la ncetarea Potopului, Creatorul a fcut un legmnt cu Noe i, ca11

semn al ,,legmntului venic, a aezat curcubeul n nori pentru a-i reaminti mereu promisiunea fcut, c: ,,...nu va mai fi apa potop pierzare a toat fptura. Conform Bibliei, Potopul a avut loc n anul 2348 .Hr., cnd Noe avea vreo 600 de ani. n alte scrieri religioase, ca de exemplu Talmudul ebraic, se admite c i nainte de Potop a existat curcubeul,el fiind creat la sfritul celei de-a easea zile, adic n ultima zi a creaiei, nainte de asfinit. A existat Potopul sau nu ? Rspunsul la aceast ntrebare a fost gsit cu prilejul spturilor efectuate n situl arheologic al primului ora-stat Ur, situat pe teritoriul actualului Irak. Cu ocazia spturilor s-au descoperit urmele unei inundaii de proporii uriae,un strat de nmol gros care acoperea o suprafa de 100.000 kmp, urmare a unor valuri de circa apte metri nlime. n urma analizelor probelor s-a admis c acest fenomen a avut loc n mileniile IV sau III .Hr., adic nainte de12

Epopeea lui Ghilgamesh, care, aproape sigur, este sursa povestirii biblice despre Potop. Alt oper literar-istoric referitoare la curcubeu este Iliada lui Homer, scris n secolul VIIIVII .Hr., care ne relateaz legenda Rzboiului Troian (aproximativ 1193-1184 .Hr.). Homer, aed orb, ne spune c la un moment dat Afrodita, fiind rnit de soldatul Diomede, a fugit de pe cmpul de lupt n Olimp pe arcele curcubeului purtat iute ca vntul de zeia Iris. Iris, zeia greac a curcubeului, fiica lui Thanmos i a nimfei oceanice Elektra, era reprezentat ca o tnr fecioar cu aripi de aur fiind: aghiotanta zeiei Hera i curiera special a acesteia i a soului ei, Zeus (zeul suprem n mitologia greac). Ea cra ap din Styx, cu ulciorul din ordinul lui Zeus, iar cu aceast ap i adormea pe sperjuri. Ca simbol personificat al curcubeului, era considerat mesager ntre zei i oameni deoarece ea strpungea bolta cerului dnd la o parte perdeaua ce o13

acoperea fcnd astfel s apar stelele, fiind considerat mesager ntre zei i oameni. n mitologia chinez, curcubeul era o crptur n cer, ca o tampil fcut de zeul Nwa care golosea pietre de cinci culori diferite. n mitologia hindus, curcubeul este numit Indradhanush care nseamn ,,arcul lui Indra, Indra reprezentnd Zeul fulgerelor, tunetelor i ploii. O alt mitologie indian numea curcubeul Kamanabillu, adic ,,arcul lui Kama, Zeul Iubirii. n mitologia nordic, curcubeul era numit Bifrst, adic Podul ce lega aezrile zeilor (sgard) cu aezrile oamenilor (Midgard). Legendele irlandeze ne spun c locul unde se termin curcubeul indic locurile n care se afl aur, deoarece locul este imposibil de gsit pentru c prin natura sa,curcubeul este un efect optic care depinde de locul observatorului, astfel cu ct naintm cu att se va deplasa i curcubeul.

14

Curcubeul a fost plasat ntre legende i mituri deoarece a fost destul de greu de gsit o explicaie tiinific a sa.

15

4. SCURT ISTORIC TIINIFIC Ibn-al-Haytham (Alhazen; 965-1039), fizician i matematician arab, a ncercat o explicaie tiinific a fenomenului. n cartea sa Despre curcubeu i halo (Maqala fi al-Hala wa Qaws Quzah), a emis ipoteza conform creia forma curcubeului este o imagine care se formeaz ca ntr-o oglind concav, deoarece are forma de cercuri concentrice. Totodat el a presupus c Soarele, fiind situat la o distan apreciabil fa de Pmnt, poate fi considerat ca o surs punctual de lumin, i astfel raza de lumin ce cade asupra norilor este reflectat spre Pmnt. Dac observatorul se afl cu privirea pe axa de reflexie, atunci vede cercuri concentrice care se formeaz n jurul acestei axe. Nu i-a verificat teoria experimental deorece a presupus c lumina este reflectat de nori. Aceast explicaie, dei incorect, a fost reexaminat de Averroes, constituind premisa explicrii corecte de mai trziu pe

16

care a dat-o Theodoric de Freiberg i Kaml al Dn alFris. Un alt arab, contemporan cu Ibn-al-Haytham, filozoful persan i matematicianul Ibn Sn (Avicenna; 980-1037), a emis o ipotez alternativ prin care a ncercat s explice c arcul curcubeului nu se formeaz n norii ntunecai, ci mai curnd n spaiile goale, foarte fine, care sunt ntre straturile de nori, atunci cnd acestea se afl ntre Soare i observator. El s-a gndit c aceast substan foarte subire este aezat n fundalul norilor tot aa cum este aezat stratul de argint pe suprafaa unei oglinzi. El a schimbat nu numai locul formrii curcubeului dar i pe cel al culorilor curcubeului bazndu-se pe senzaia subiectiv pe care o produce asupra ochiului. i aceast explicaie a fost eronat. n aceeai perioad n timpul dinastiei Song di China (960-1279), matematicianul imperial, Shen Kuo (1031-1095), la fel ca predecesorul su Sun Sikong (1015-1076), a emis o ipotez conform creia17

curcubeul este un fenomen care apare atunci cnd razele de lumin sunt refractate de picturile de ap de ploaie din aer. Ipoteza lui Shen, conform creia curcubeul este un fenomen atmosferic de refracie, st la baza principiilor moderne de explicare tiinific a fenomenului n spe. Astronomul persan Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311), a dat o explicaie destul de bun a producerii curcubeului, iar discipolul su Kaml al Dn al-Fris (1260-1320) printr-un raionament matematic mai rafinat a avansat o ipotez conform creia raza de lumin, n pictura de ap, sufer mai multe reflexii ntre dou refracii. n Europa lucrarea lui Ibn-al-Haytham (Despre curcubeu i halo) a fost tradus de Roger Grosseteste n latin i apoi continuat de Roger Bacon. Cel care a dat o explicaie mai substanial asupra acestei probleme a fost Ren Descarts, care n tratatul su din 1637 (Discurs asupra metodei) a fcut experimentul su n care a neglijat dimensiunile18

picturii de ap de ploaie, deoarece dimensiunea nu afecteaz curcubeul, i n locul acesteia a folosit un bol de sticl plin cu ap, prin care a trecut un fascicul de lumin. Concluzia sa a fost aceea c primul curcubeu se formeaz datorit unei singure reflexii n interiorul picturii, iar curcubeul secundar datorit a dou reflexii interne. Asupra culorilor curcubeului nu a avut dect o explicaie mecanicist.

19

Schia prin care Ren Descarts a artat cum se formeaz curcubeul primar i cel secundar. Credit: www.en.wikipedia.org. Isaac Newton a demonstrat c lumina este compus din culorile curcubeului, atunci cnd cu ajutorul unei prisme transparente a reuit s descompun lumina n culorile de baz, explicnd c roul este refractat mai puin dect albastrul. Teoria corpuscular a lui Newton nu a explicat formarea curcubeului supranumeric pn cnd Thomas Young a relizat c lumina se comport ca o und i astfel poate interfera. Opera lui Young a fost reanalizat de George Biddell Airy, care n 1820 a explicat dependena culorilor curcubeului de dimensiunea picturii de ploaie.

20

5. EXPLICAIA TIINIC (calitativ) Lumina este refractat atunci cnd intr prin suprafaa picturii, este reflectat atunci cnd ajunge n spatele picturii, i este din nou refractat atunci cnd prsete pictura. Efectul complet se obine atunci cnd lumina este reflectat napoi peste deschiderea unghiular, lumina fiind mai intens la un unghi de 40o-42o. Unghiul este independent de mrimea picturii, dar depinde de indicele de refracie, care este mai mare dect indicele de refracie al apei de ploaie, aa c raza curcubeului n aburii apei de mare este mai mic dect n realitate. Acest lucru este vizibil cu ochiul liber prin dezordinea arcelor. Numrul de culori sub care lumina este refractat depinde de lungimea de und, i de aici culorile sale. Astfel lumina albastr, care are cea mai scurt lungime de und, este refractat sub un unghi mai21

mare dect lumina roie, dar datorit reflexiei razelor de lumin din spatele picturii avem o alt ordine la ieirea din pictur, lumina albastr va iei sub un unghi mai mic dect unghiul incident al luminii albe i luminii roii. Din acest motiv ne explicm de ce lumina roie apare n afara arcului i cea albastr n interior.

Fascicul de raze incidente n curcubeul primar. Credit:www.en.wikipedia.org.

22

Oricum, dac examinm mai ndeaproape, lumina roie dintr-o pictur este vzut de observator, iar lumina albastr nu, datorit faptului c ea este de partea cealalt a luminii roii: o parte care nu este incident cu ochiul observatorului. De aceea lumina albastr n aceast pictur pare c vine de la o alt pictur, situat mai jos dect pictura n care s-a vzut lumina roie. Contrar credinei populare, lumina din spatele picturii nu sufer o reflexie total, i de aceea o parte din lumin emerge din spate. Oricum lumina care vine din spatele picturii nu formeaz curcubeul ntre observator i Soare pentru c spectrul emis din spatele picturii nu are un maximum de intensitate, aa cum au alte curcubeevizibile, i bineneles de aceea culorile se adun s formeze un curcubeu.

23

Schia formarii curcubeului. Credit: www.en.wikipedia.org. Un curcubeu nu are nicio locaie pe cer. Aparenta sa poziie depinde de poziia observatorului i poziia Soarelui. Toate picturile refract i reflect lumina Soarelui la fel, dar numai lumina de la unele picturi ajunge la observator. Poziia curcubeului pe cer este ntotdeauna n opoziie cu Soarele i nspre observator, dar n interior strlucirea este mai slab24

dect spre exterior. Arcul este centrat peste umbra capului observatorului, sau mai exact n punctul antisolar (care este mai jos dect orizontul n timpul zilei), aprnd la un unghi de 40o-42o pe linia dintre capul observatorului i umbra sa. n concluzie, dac Soarele este mai sus de 42o, atunci curcubeul este mai jos de orizont i nu mai poate fi observat deoarece acolo nu mai sunt suficiente picturi ntre orizont i sol, care s contribuie. Excepie atunci cnd observatorul se afl mai sus de sol, de exemplu atunci cnd este ntr-un avion, se afl pe un vrf de munte sau se afl deasupra unei cascade.

25

Formarea curcubeului secundar. Credit:www.en.wikipedia.org. Ocazional al doilea curcubeu se poate vedea n afara celui primar. Curcubeul secundar este cauzat de o dubl reflexie a luminii solare n interiorul picturii, i apare sub un unghi de 50o-53o. Ca un rezultat al dublei reflexii, culorile curcubeului secundar sunt inversate comparativ cu ale celui primar, astfel albastrul este n afar i roul n interior. Banda ntunecat de cer situat ntre arcul primar i cel secundar se numete banda lui26

Alexandru,

dup

numele

lui

Alexandru

din

Aphrodiasis care a descris-o primul.

Banda ntunecat. Credit: Stuey H.

27

Curcubeu principal i secundar. Credit: Alex Conu. Al treilea curcubeu se poate vedea n ocazii foarte rare, i foarte rar civa observatori au raportat curcubee quadruple.

Credit: http://www.photolib.noaa.gov/coastline/line2111.htm. Aceste curcubee vor aprea n aceeai parte a cerului cu Soarele, fcndu-le greu de localizat. Unul din curcubeele teriare este ca o aparen a celui de-al doilea care se formeaz n apropierea imediat a celui principal. Spaiul ntunecat din afara arcului este observat sub o form dinamic n timp ce curcubeul28

teriar dispare. Pe tot parcursul acestui schimb, cele dou curcubee care rmn se observ ca unindu-se ntr-o band cu o margine albastr n interior i una roie n exterior. Aceast form particular a curcubeului dublat nu este ca n cazul clasic al curcubeului dublu pentru c spaierea arcelor este mprit n poziie normal identic nainte de unire. Cu cele dou arce, culoarea din interior este albastr i cea din exterior roie. Curcubeele de ordin superior au fost descrise de Felix Billet (1808-1882), care a descris poziia unghiular pn la al 19-lea ordin de mrime al curcubeului. El a numit aceast form trandafir. n laborator, a fost posibil s se observe curcubee de ordin superior folosind lumin foarte intens i bine colimat, raza laser. Astfel al 6-lea ordin a fost observat de K. Sassan n 1978, care a folosit raza produs de un laser HeNe pentru a penetra o pictur de ap. Au fost rapoarte i ordine superioare pn la al

29

200-lea, folosind aceeai metod, dar cu un laser de argon, n 1998. Un curcubeu supranumerar nu este un fenomen frecvent, elm constnd din cteva firicele de curcubeu n partea interioar a curcubeului primar, i foarte rar deasemenea secundar. n parte exterioar a curcubeului

Curcubeu supranumerar. Credit: Mark Nankam, Suedia. Curcubeele supranumerare sunt greu detectabile, avnd o band coloristic care nu se regsete n banda obinuit. Nu este posibil explicarea lor tiinific numai cu ajutorul opticii30

geometrice. Alternarea fasciculelor de curcubee sunt cauzate de interferena razelor de lumin cauzate de mica diferen dintre straturi i variaia lungimii de und n pictur. Cteva raze sunt n faz, ajutndu-se fiecare, crend o interferen distructiv, adic un spaiu liber. Curcubeele supranumerare sunt mai clare atunci cnd picturile sunt mici i au dimensiuni identice. Apariia curcubeelor supranumerice a fost un prim indiciu asupra naturii ondulatorii a luminii, iar Thomas Young a furnizat o prim explicaie n 1804. Un curcubeu special poate apare atunci cnd un curcubeu este observat deasupra unei ape, dac suprafaa apei este linitit. Este vorba despre curcubeul reflectat care va apare ca o imagine n oglind, sub orizont.

31

Curcubeu normal i reflectat n apus. Credit: www.en.wikipedia.org. Lumina solar este reflectat de pictur, i apoi reflectat n afara picturii, nainte de a ajunge la observator. Curcubeele reflectate sunt vizibile frecvent, cel puin parial, n ochiuri mici de ap. Acolo unde lumina se reflect n afara corpului de ap nainte de a ajunge la pictur, se poate produce un curcubeul reflectat, dac ochiul de ap este mare, i32

linitit pe toat suprafaa, i mai aproape de perdeaua de ploaie. Curcubeul reflectat apare deasupra orizontulti. El intersecteaz curcubeul normal la

orizont, i arcele sale ajung pn sus n cer. Din cauza necesitii acestui tip de combinaie, curcubeul reflectat este rareori vizibil. ase (sau chiar opt) arce pot fi vizibile la reflexia unui curcubeu reflectat, i arcul secundar cu reflexia sa se ateapt s apar la fel. Este sugerat existena curcubeului i pe satelitul lui Saturn, Titan, care are o suprafa umed i nori umezi. Raza curcubeului pe Titan poate fi de 49o, n loc de 42o, datorit fluidului care n acel mediu ngheat este metanul i nu apa. Un vizitator poate avea nevoie de ochelari cu infraroii pentru a putea vedea curcubeul, dup cum atmosfera satelitului Titan este mai transparent pe lungimea de und a acestor radiaii.

33

BIBLIOGRAFIE SCRIS: [1] ULIU, FLOREA- Curcubeul de la mit la adevr, Editura SITECH, Craiova-1994. ON-LINE: http://www.astroclubul.ro/vega.htlm http://www.universetoday.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/Astronomy http://ro.wikipedia.org/wiki/Astronomie.

34

CUPRINS

1.INTRODUCERE ..................................................... 3 2. ART ...................................................................... 6 3. CULTUR I MITOLOGIE .................................11 4. SCURT ISTORIC TIINIFIC............................ 16 5. EXPLICAIA TIINIC (calitativ) ................. 21 BIBLIOGRAFIE ...................................................... 41

35