رنگین کمان برعکس

در میان پدیده های شگفت انگیز نوری که گاهی آسمان را به بوم نقاشی تبدیل می کنند رنگین کمان جایگاه ویژه ای در ذهن ما دارد. آن قوس رنگارنگ که پس از باران نمایان می شود تصویری آشنا و دل انگیز است. اما آسمان گاهی پدیده هایی را به نمایش می گذارد که کمتر شناخته شده اند و شاید در نگاه اول کمی گیج کننده به نظر برسند. یکی از این پدیده های جذاب آنچه به «رنگین کمان برعکس» شهرت یافته است. این پدیده که ظاهری شبیه به یک رنگین کمان دارد اما برخلاف آن به سمت بالا خمیده شده و معمولاً در بخش بالایی آسمان دیده می شود از نظر سازوکار شکل گیری تفاوت های اساسی با رنگین کمان معمولی دارد. درک چگونگی پیدایش این قوس درخشان نیازمند آشنایی با نحوه تعامل نور خورشید با اجزای میکروسکوپی موجود در جو زمین است. این پدیده نوری جوی که با نام علمی «قوس سمت الرأس» شناخته می شود نتیجه شکست و پراکندگی نور در داخل بلورهای یخ معلق در ابرهای مرتفع است. شرایط خاصی برای شکل گیری و مشاهده این قوس لازم است که آن را از رنگین کمان متداول متمایز می کند. شناسایی این شرایط درک تفاوت های ظاهری آن با رنگین کمان عادی و شناخت سازوکار فیزیکی پشت این پدیده به علاقه مندان کمک می کند تا با دیدی عمیق تر به آسمان بنگرند و از زیبایی های کمتر دیده شده آن لذت ببرند. این محتوا به بررسی جامع این پدیده از تعریف و نام علمی آن گرفته تا چگونگی تشکیل و شرایط لازم برای مشاهده آن می پردازد.

تعریف رنگین کمان برعکس

رنگین کمان برعکس که به دلیل ظاهر قوسی شکل و رنگارنگش این نام رایج را یافته در واقع یک پدیده نوری جوی است که عضوی از خانواده بزرگتر پدیده های هاله (Halo) محسوب می شود. برخلاف رنگین کمان معمولی که توسط قطرات آب کروی شکل تشکیل می شود و در بخش پایینی آسمان و معمولاً در جهت مخالف خورشید دیده می شود رنگین کمان برعکس توسط بلورهای یخ شش ضلعی معلق در ابرهای مرتفع مانند ابرهای پرسا (سیروس) یا پرساپوشنی (سیرواستراتوس) ایجاد می گردد. این پدیده به شکل یک قوس رنگی بسیار درخشان و واضح ظاهر می شود که دهانه آن به سمت پایین و بخش برآمده آن به سمت بالا یعنی سمت اوج آسمان (Zenith) قرار دارد. به همین دلیل نام متداول «رنگین کمان برعکس» تا حدودی گویای محل و جهت قرارگیری آن در آسمان است هرچند از نظر فیزیکی با رنگین کمان حقیقی تفاوت دارد. این قوس معمولاً درخشان تر و خالص تر از رنگین کمان های معمولی به نظر می رسد و پهنای کمتری دارد.

نام علمی قوس سمت الرأس

نام علمی و دقیق تر پدیده رنگین کمان برعکس «قوس سمت الرأس» یا «قوس سرسو» است. در اصطلاحات علمی و هواشناسی این پدیده با نام Circumzenithal Arc و به اختصار CZA شناخته می شود. واژه Circumzenithal از دو بخش Circum به معنای «اطراف» یا «پیرامون» و Zenith به معنای «اوج آسمان» یا «سمت الرأس» تشکیل شده است. این نام علمی به خوبی محل قرارگیری این قوس در آسمان را توصیف می کند چرا که این قوس در بخش بالایی آسمان و در اطراف نقطه اوج آسمان (نقطه ای که دقیقاً بالای سر ناظر قرار دارد) ظاهر می شود. استفاده از نام علمی «قوس سمت الرأس» دقت بیشتری در توصیف این پدیده ارائه می دهد و آن را از رنگین کمان های معمولی متمایز می کند زیرا سازوکار تشکیل و محل پیدایش آن کاملاً متفاوت است.

نحوه تشکیل پدیده

تشکیل قوس سمت الرأس نتیجه یک تعامل پیچیده و دقیق بین نور خورشید و بلورهای یخ موجود در جو فوقانی است. این پدیده نوری نیازمند شرایط خاصی از نظر نوع و جهت گیری بلورهای یخ و همچنین زاویه تابش نور خورشید است. برخلاف رنگین کمان که حاصل شکست نور در قطرات آب است قوس سمت الرأس توسط شکست نور در بلورهای یخ شکل می گیرد. این بلورهای یخ معمولاً در ابرهای مرتفع و نازک در ارتفاعات بالای 6 تا 10 کیلومتر تشکیل می شوند که دمای هوا در آنجا بسیار پایین تر از نقطه انجماد است.

سازوکار شکست نور

شکست نور پدیده ای است که در آن مسیر حرکت نور هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر تغییر می کند. این تغییر مسیر به دلیل تفاوت سرعت نور در محیط های مختلف رخ می دهد. هنگامی که نور خورشید وارد یک بلور یخ می شود دچار شکست می شود و مسیر آن تغییر می کند. علاوه بر این شکست نور باعث پدیده پراکندگی (Dispersion) می شود؛ به این معنی که نور سفید خورشید که ترکیبی از رنگ های مختلف است به رنگ های تشکیل دهنده خود تجزیه می شود. هر رنگ (با طول موج متفاوت) با زاویه کمی متفاوت شکسته می شود و این باعث جدایی رنگ ها از یکدیگر می شود همانند اتفاقی که در منشور روی می دهد. در مورد قوس سمت الرأس نور خورشید وارد یک وجه از بلور یخ شده و پس از عبور از آن از وجه دیگری خارج می شود و در این فرآیند دو بار دچار شکست و پراکندگی می شود.

نقش کریستال های یخ شش ضلعی

بلورهای یخی که در تشکیل قوس سمت الرأس نقش دارند معمولاً به شکل صفحات شش ضلعی با وجوه صاف و موازی هستند. نکته کلیدی در تشکیل این پدیده جهت گیری خاص این بلورها در هوا است. برای اینکه قوس سمت الرأس شکل بگیرد این بلورهای یخ باید به صورت تقریباً افقی در جو معلق باشند. این جهت گیری افقی باعث می شود که نور خورشید با زاویه ای خاص وارد یکی از وجوه بالایی بلور (صفحه شش ضلعی افقی) شود در داخل بلور حرکت کند و سپس از یکی از وجوه جانبی عمودی آن خارج شود. این مسیر خاص عبور نور (ورود از وجه افقی و خروج از وجه عمودی) منجر به انحراف و پراکندگی نور با زاویه ای مشخص (حدود 22 درجه) می شود که برای تشکیل قوس سمت الرأس ضروری است. جهت گیری افقی بلورها معمولاً در اثر مقاومت هوا هنگام سقوط آرام آن ها رخ می دهد.

تاثیر زاویه تابش خورشید

زاویه تابش خورشید نسبت به افق یک عامل بسیار حیاتی در تشکیل و مشاهده قوس سمت الرأس است. این پدیده تنها زمانی قابل مشاهده است که ارتفاع خورشید در آسمان کمتر از حدود 32 درجه باشد. در واقع درخشان ترین و کامل ترین قوس زمانی شکل می گیرد که ارتفاع خورشید حدود 22 درجه باشد. هرچه زاویه خورشید بیشتر از این مقدار باشد زاویه شکست نور در بلورهای یخ تغییر می کند و نور خورشید دیگر نمی تواند از مسیر لازم برای تشکیل قوس سمت الرأس عبور کند. اگر ارتفاع خورشید بیشتر از 32 درجه شود این پدیده به هیچ وجه قابل مشاهده نخواهد بود. این محدودیت زاویه خورشید باعث می شود که قوس سمت الرأس تنها در ساعات خاصی از روز (معمولاً صبح یا اواخر بعد از ظهر) و در عرض های جغرافیایی خاصی که خورشید به ارتفاع مناسب می رسد دیده شود.

شرایط لازم برای مشاهده

برای اینکه شانس مشاهده پدیده زیبای قوس سمت الرأس را داشته باشید ترکیبی از شرایط جوی و موقعیت خورشید ضروری است. اولین و مهم ترین شرط وجود ابرهای مرتفع حاوی بلورهای یخ شش ضلعی است. این ابرها معمولاً از نوع پرسا (سیروس) یا پرساپوشنی (سیرواستراتوس) هستند که در ارتفاعات بالا (بیش از 6 کیلومتر) شکل می گیرند و دمای بسیار پایینی دارند که باعث تشکیل بلورهای یخ به جای قطرات آب می شود. شرط دوم جهت گیری مناسب این بلورهای یخ است. بلورها باید به صورت صفحات شش ضلعی و عمدتاً به شکل افقی در هوا معلق باشند تا نور خورشید بتواند با زاویه صحیح وارد آن ها شده و پس از شکست به سمت پایین و چشم ناظر منعکس شود. شرط سوم زاویه ارتفاع خورشید در آسمان است. همانطور که پیش تر اشاره شد خورشید باید در ارتفاعی کمتر از حدود 32 درجه نسبت به افق قرار داشته باشد. بهترین زمان برای مشاهده این پدیده زمانی است که خورشید حدود 22 درجه بالای افق باشد. در نهایت آسمان زیر ابرهای حاوی بلورهای یخ باید نسبتاً صاف باشد تا بتوان قوس رنگی را به وضوح مشاهده کرد. ترکیب این عوامل یعنی ابرهای یخی مرتفع بلورهای با جهت گیری مناسب و زاویه پایین خورشید شرایط ایده آل را برای ظهور قوس سمت الرأس فراهم می آورد.

ظاهر و مشخصات

قوس سمت الرأس ظاهری متمایز و زیبا دارد که آن را از سایر پدیده های نوری جوی متمایز می کند. این پدیده به شکل یک کمان رنگی درخشان دیده می شود که برخلاف رنگین کمان معمولی برآمده به سمت بالا است و دهانه آن رو به پایین قرار دارد. این قوس معمولاً در مقایسه با رنگین کمان های اصلی کوچکتر و متمرکزتر به نظر می رسد و اغلب درخشش و خلوص رنگ بیشتری دارد.

محل دیده شدن در آسمان

همانطور که از نام علمی آن پیداست (قوس سمت الرأس) این پدیده در بخش بالایی آسمان و در نزدیکی نقطه اوج آسمان (نقطه بالای سر ناظر) دیده می شود. مرکز این قوس نقطه اوج آسمان است در حالی که مرکز رنگین کمان معمولی نقطه ضدخورشیدی (Antisolar Point) است که در جهت مخالف خورشید و معمولاً زیر افق قرار دارد. این تفاوت در محل دیده شدن یکی از مشخص ترین ویژگی های قوس سمت الرأس است. برای مشاهده آن باید به سمت بالا و نزدیک به بالای سر خود در آسمان نگاه کنید نه به سمت مقابل خورشید و در نزدیکی افق.

ترتیب قرارگیری رنگ ها

یکی از جالب ترین ویژگی های قوس سمت الرأس ترتیب قرارگیری رنگ های آن است که دقیقاً برعکس ترتیب رنگ ها در رنگین کمان معمولی است. در رنگین کمان عادی رنگ قرمز در بیرونی ترین بخش قوس و رنگ بنفش (یا نیلی) در درونی ترین بخش آن قرار دارد. اما در قوس سمت الرأس رنگ قرمز در درونی ترین بخش قوس (نزدیک ترین بخش به خورشید که در این حالت پایین تر از قوس قرار دارد) و رنگ بنفش یا نیلی در بیرونی ترین بخش قوس (دورترین بخش از خورشید) دیده می شود. این ترتیب برعکس رنگ ها نتیجه مسیر متفاوتی است که نور خورشید در داخل بلورهای یخ طی می کند و با زاویه شکست کمینه متفاوتی برای هر رنگ خارج می شود. در نتیجه در قوس سمت الرأس رنگ قرمز در قسمت بالای قوس (نزدیک به اوج آسمان) و رنگ بنفش در قسمت پایین قوس قرار می گیرد.

تفاوت با رنگین کمان عادی

قوس سمت الرأس و رنگین کمان عادی هرچند هر دو پدیده های نوری رنگارنگ در آسمان هستند اما از نظر سازوکار تشکیل محل دیده شدن شکل و ترتیب رنگ ها تفاوت های بنیادینی دارند. درک این تفاوت ها به تمایز این دو پدیده کمک می کند. اصلی ترین تفاوت در محیطی است که نور خورشید در آن شکسته می شود؛ رنگین کمان توسط قطرات کروی آب تشکیل می شود در حالی که قوس سمت الرأس توسط بلورهای یخ شش ضلعی با جهت گیری خاص شکل می گیرد. این تفاوت در شکل و جنس محیط شکست دهنده نور منجر به تفاوت های دیگر می شود. رنگین کمان همیشه در جهت مخالف خورشید و معمولاً در بخش پایینی آسمان دیده می شود در حالی که قوس سمت الرأس در همان جهت خورشید (نسبت به ناظر) و در بخش بالایی آسمان نزدیک به اوج آسمان ظاهر می شود. شکل آن ها نیز متفاوت است؛ رنگین کمان یک قوس بزرگ است که مرکز آن نقطه ضدخورشیدی است در حالی که قوس سمت الرأس یک قوس کوچکتر با مرکزیت نقطه اوج آسمان است. شاید آشناترین تفاوت برای ناظر ترتیب رنگ ها باشد. در رنگین کمان قرمز در بیرون و بنفش در داخل است اما در قوس سمت الرأس قرمز در داخل (نزدیک به اوج آسمان) و بنفش در بیرون قرار دارد. همچنین زاویه ارتفاع خورشید برای تشکیل این دو پدیده کاملاً متفاوت است؛ رنگین کمان نیاز به خورشید در پشت ناظر دارد در حالی که قوس سمت الرأس نیاز به خورشید در ارتفاع پایین (کمتر از 32 درجه) دارد.

میزان شیوع و چگونگی رصد

قوس سمت الرأس اغلب به عنوان پدیده ای نادر تلقی می شود اما این تصور ممکن است به دلیل محل دیده شدن آن باشد که کمتر مورد توجه قرار می گیرد. در واقع این پدیده در مناطقی که شرایط لازم برای تشکیل آن فراهم باشد یعنی حضور ابرهای یخی مرتفع و تابش خورشید با زاویه مناسب نسبتاً رایج است. شاید شیوع آن به اندازه رنگین کمان معمولی نباشد اما در بسیاری از مناطق جهان و در فصول مختلف سال قابل مشاهده است. چگونگی رصد این پدیده نیازمند توجه دقیق به آسمان بالاسر است. برای مشاهده قوس سمت الرأس باید در ساعاتی از روز که خورشید در ارتفاع پایینی قرار دارد (صبح زود یا اواخر بعد از ظهر) و ابرهای نازک و سفید پرسا یا پرساپوشنی در آسمان وجود دارند به دقت به بخش بالایی آسمان نزدیک به نقطه اوج آسمان (بالای سر) نگاه کنید. در صورت وجود شرایط مناسب یک قوس رنگی درخشان با ترتیب رنگ های برعکس رنگین کمان عادی (قرمز در بالا بنفش در پایین) در آن ناحیه ظاهر خواهد شد. از آنجا که این پدیده در ارتفاع بالایی دیده می شود ممکن است در نگاه اول متوجه آن نشوید اما با کمی دقت و دانستن اینکه به دنبال چه چیزی هستید می توانید این زیبایی جوی را رصد کنید. رصد این پدیده فرصتی برای دیدن یکی از جلوه های کمتر شناخته شده تعامل نور و جو زمین است.

رنگین کمان برعکس چیست؟

رنگین کمان برعکس یا قوس سمت الرأس یک پدیده نوری جوی است که به شکل یک قوس رنگی درخشان در بخش بالایی آسمان نزدیک به نقطه بالای سر ناظر دیده می شود. این پدیده توسط شکست نور خورشید در بلورهای یخ شش ضلعی معلق در ابرهای مرتفع شکل می گیرد.

چه زمانی و در کجا رنگین کمان برعکس دیده می شود؟

این پدیده معمولاً در بخش بالایی آسمان نزدیک به نقطه اوج آسمان دیده می شود. برای مشاهده آن نیاز به حضور ابرهای یخی مرتفع و تابش خورشید با زاویه ارتفاع پایین (کمتر از 32 درجه) است که معمولاً در ساعات صبح یا اواخر بعد از ظهر رخ می دهد.

تفاوت اصلی رنگین کمان برعکس با رنگین کمان معمولی چیست؟

تفاوت اصلی در نحوه تشکیل (بلورهای یخ در مقابل قطرات آب) محل دیده شدن در آسمان (بالای سر در مقابل مقابل خورشید) و ترتیب رنگ ها (قرمز بالا/داخل در مقابل قرمز پایین/خارج) است.

نام علمی پدیده رنگین کمان برعکس چیست؟

نام علمی این پدیده «قوس سمت الرأس» یا Circumzenithal Arc (CZA) است که به محل قرارگیری آن در نزدیکی نقطه اوج آسمان اشاره دارد.

رنگ بندی رنگین کمان برعکس چگونه است؟

ترتیب رنگ ها در قوس سمت الرأس برعکس رنگین کمان معمولی است؛ رنگ قرمز درونی ترین بخش قوس (نزدیک تر به اوج آسمان) و رنگ بنفش بیرونی ترین بخش آن قرار دارد.

آیا رنگین کمان برعکس پدیده ای نادر محسوب می شود؟

این پدیده لزوماً بسیار نادر نیست اما به دلیل محل دیده شدن آن در بخش بالایی آسمان ممکن است کمتر مورد توجه قرار گیرد و به همین دلیل کمتر مشاهده شود.

چرا رنگین کمان برعکس به سمت بالا خم می شود؟

شکل قوسی آن نتیجه هندسه شکست نور در بلورهای یخ با جهت گیری افقی و زاویه خاص تابش خورشید است. مرکز این قوس نقطه اوج آسمان است که باعث می شود قوس به سمت بالا (به سمت اوج) خمیده به نظر برسد.