De regenboog is een van de meest bekende optische verschijnselen die met het weer te maken hebben. Haast iedereen heeft van jongs af aan de regenboog bewonderd om zijn prachtige kleuren. De regenboogkleuren kunnen zo puur en helder zijn dat geen enkele foto dit verschijnsel echt goed kan vastleggen.

In tegenstelling tot wat velen denken, zelfs wetenschappers, is de regenboog helemaal niet zo volledig begrepen, hoewel er verscheidene boeken en vele wetenschappelijke artikelen over geschreven zijn. We weten hoe de boog ontstaat in het algemeen, maar er bestaan veel waarnemingen en zelfs foto's van regenboogeffecten die niet goed of helemaal niet te verklaren zijn.

Hieronder staat een aantal vragen die mensen vaak hebben over de regenboog, met verklaringen.

1. Wat veroorzaakt de regenboog?

   De regenboog ontstaat door licht van de zon (of maan) dat op vallende regendruppels schijnt. Deze druppels zijn vrij rond, zeker de kleinere druppels. Een lichtstraal die zo'n druppel tegenkomt wordt eerst gebroken, wanneer de straal de druppel binnenkomt. Bij deze lichtbreking wordt het witte licht, dat uit alle kleuren van - inderdaad - de regenboog bestaat, gesplitst in alle kleuren. Al deze kleuren gaan iets verschillende richtingen uit binnen de druppel. Het licht spiegelt vervolgens aan de binnenkant en achterkant van de druppel, en gaat vervolgens de druppel weer uit. Bij het spiegelen treedt geen breking (splitsing van kleuren) op, maar wel weer bij de tweede breking wanneer het licht de druppel weer uit gaat. Dit licht gaat ongeveer in tegenovergestelde richting de druppel uit als de richting waarin het binnenkwam. Omdat elke kleur van het licht nu een iets andere richting heeft, zie je een gekleurde band in de lucht.

2. Waardoor ontstaan de kleuren in de regenboog?

   De kleuren ontstaan door lichtbreking, of liever gezegd dispersie. Wit licht dat uit alle regenboogkleuren (spectraalkleuren) bestaat wordt bij overgang van lucht naar water gesplitst in alle kleuren, waarbij alle kleuren iets andere richtingen uit gaan. Dit komt doordat voor de verschillende kleuren de snelheid van het licht in het medium iets verschillend is. Als het licht loodrecht op het oppervlak het medium (bijvoorbeeld water) binnenkomt, heeft breking geen effect op de richting van de verschillende kleuren, maar wel als het licht onder een hoek binnenkomt. Blauw licht wordt meer gebroken dan rood licht, wat betekent dat de brekingshoek voor blauw licht iets groter is. Als je juist onder die hoek naar het gebroken licht kijkt, zie je dus die bepaalde kleur.

   De regenboog ontstaat in waterdruppels, die niet zozeer van een bui afkomstig hoeven te zijn. Je kunt soms ook regenbogen zien in landbouwsproeiers, fonteinen en in de watermist bij watervallen (zie foto).

3. Waarom is de regenboog rond?

   Door twee redenen: ten eerste zijn de regendruppels waardoor de boog ontstaat, allemaal min of meer rond. Vallende regendruppels hebben niet de typische druppel-vorm die we van stripverhalen e.d. kennen, maar helemaal rond (wegens de oppervlaktespanning van het water). Grotere druppels die meer luchtweerstand hebben bij het vallen hebben een meer afgeplatte vorm (lijkend op een ellipsoïde, maar meer afgeplat van onderen). Ten tweede is de regenboog rond omdat de boog ontstaat door lichtbreking van zonlicht over een bepaalde hoek ten opzichte van de lijn zon-waarnemer. Omdat je je als waarnemer altijd op deze lijn bevindt, lijkt de boog altijd rond te zijn, en is gecentreerd rond het tegenzonnepunt. Als de zon hoog staat, staat het tegenzonnepunt diep onder de horizon, en zie je alleen het bovenste deel van de boog, laag boven de horizon. Bij zonsondergang staat het tegenzonnepunt vlak onder de horizon, en kun je een bijna halfronde boog hoog aan de hemel zien staan.

4. Er was zonneschijn en regen maar geen regenboog??

   De regenboog ontstaat door zonlicht dat op regendruppels valt. Als het regende maar de zon was niet sterk genoeg (half achter een wolkenrand) is de regenboog zeer zwak of niet te zien. Ook als de regenval zeer licht of te plaatselijk is, zie je de boog niet. De meest voor de hand liggende reden dat je de regenboog niet ziet is dat de zon gewoon te hoog aan de hemel staat. De boog heeft een straal van ongeveer 42^o rond het tegenzonnepunt, dat als de zon hoog staat diep onder de horizon ligt.

5. Waar is het einde van de regenboog?

   De regenboog heeft geen einde. Sterker nog, de regenboog is ook niet gelocaliseerd in plaats. Als het overal regende, maar de zon was wel te zien, zou de regenboog een complete kegelvorm zijn met de punt (apex) in je oog. De regenboog beweegt zich dus altijd met je mee. De snijlijn van deze kegel met de grond kan ofwel een hyperbool, parabool, ellips, één lijn of twee lijnen zijn. Het is daarom niet zo dat de boog ergens de horizon in twee punten snijdt. De pot met goud begint dus in de meeste gevallen vlak voor je voeten en strekt zich kilometers ver over het landschap uit, in de richtingen waarin de regenboog het landschap lijkt te raken. Als het niet overal regent, is de snijlijn onderbroken.

   De bijregenboog bevindt zich juist buiten de hoofdregenboog en heeft de kleurbanden in omgekeerde volgorde.

6. Waarom lijkt het gebied binnen de regenboog lichter dan erbuiten?

   Dit is niet alleen schijn, maar is ook daadwerkelijk strooilicht. De regenboog is niet alleen een ring van gekleurd licht, maar bestaat in feite uit belichte schijven van alle kleuren, die elk een iets andere diameter hebben, en gecentreerd zijn rond het tegenzonnepunt. Waar de schijven niet meer allemaal overlappen, aan de randen, zie je gekleurd licht - de regenboog. Het strooilicht binnen de regenboog is dus gewoon licht dat op dezelfde manier door de druppels gebroken en gereflecteerd wordt als het licht dat de regenboog zelf veroorzaakt. Alleen zie je binnen de regenboog nog steeds alle kleuren licht tegelijk terugkomen, en het effect hiervan is dat dit licht dus toch ongekleurd is. Evenzo is het buiten de bijregenboog, die iets buiten de hoofdregenboog staat, ook lichter dan tussen de twee bogen in. De donkere band tussen de bogen heet de Band van Alexander.

7. Wat is een rode regenboog en hoe ontstaat deze?

   Een rode regenboog is soms bij zonsondergang te zien. De boog kleurt rood omdat de zon zeer laag staat en zelf rood is wegens Rayleighverstrooiing door de lange lichtweg door de atmosfeer. Hierdoor is er weinig blauw, groen en geel licht meer te zien in de regenboog, en kleurt de boog rood.

8. Ik zag twee regenbogen??

   Er zijn talloze bogen mogelijk, allemaal met een verschillende straal. Als je de tweede regenboog net buiten de hoofdregenboog zag, zag je de tweede-orde regenboog (secundaire boog of bijregenboog). Deze boog is algemeen, en vrijwel altijd te zien als de hoofdregenboog ook te zien is. De bijregenboog heeft een straal van 51^o rond het tegenzonnepunt, en de kleuren hebben omgekeerde volgorde van die van de hoofdregenboog. Dit komt doordat de bijregenboog ontstaat door een tweede interne reflectie van licht in de regendruppels. Dit spiegelt de kleurband, en maakt de boog ook zwakker, doordat een deel van het gereflecteerde licht de druppel eerder uitgaat, in een richting die je niet ziet.

9. Ik zag een wittige regenboog bij nacht??

   Dit was waarschijnlijk de regenboog van de maan. De door de zon beschenen maan is ook een lichtbron, en kan ook regenbogen produceren. Het maanlicht is echter zwakker dan dat van de zon, en bij zulke lage lichtniveau's zien wij geen kleur. De regenboog lijkt dus wittig. Als je een tijdopname van de regenboog zou maken, zou je gewoon de kleuren zien.

10. Ik zag een heldere regenboog recht boven me, maar het regende niet??

    Dat was niet de regenboog, maar een halo, waarschijnlijk de circumzenitale boog. Halo's zijn gekleurde of ongekleurde bogen die ontstaan door lichtbreking en reflectie in ijskristallen, vaak hoog in de atmosfeer.

11. Ik zag een regenboog met verscheidene groene en paarse kleurbanden erbinnenin??

    Deze kleurbanden heten de interferentiebogen of overtallige bogen, en zijn een direct bewijs dat licht een golfverschijnsel is. De interferentiebogen ontstaan wanneer de regendruppels in de bui allemaal ongeveer even groot zijn. Als dit het geval is, treedt constructieve interferentie van het licht op. De interferentie ontstaat doordat het licht binnen een regendruppel iets verschillende wegen kan afleggen en er toch ongeveer onder dezelfde hoek uitkomen. De verschillende wegen hebben verschillende afstanden. Als twee verschillende weglengtes een heel aantal golflengtes van een bepaalde kleur van elkaar verschillen, interfereert het licht van beide lichtwegen constructief: er is versterking. Evenzo treedt verzwakking op als de weglengtes niet een heel aantal golflengtes van elkaar verschillen. Doordat de golflengtes van alle kleuren iets verschillend zijn, en voor elke kleur het licht dus over iets verschillende hoeken interfereert, zie je kleurherhalingen binnen de boog. Daar komt bij dat de verschillende lichtwegen niet alleen verschillende uittreehoeken hebben voor elke kleur, maar dat deze hoeken ook variëren met de grootte van de regendruppel. Grotere regendruppels hebben interferentiebogen die zeer dicht bij de hoofdregenboog liggen; bij kleinere druppels zijn de interferentiebogen meer gespreid. Als niet alle druppels even groot zijn, wordt het hele effect uitgewassen en zie je de interferentiebogen niet, of hooguit de eerste-orde overtallige boog.

12. Ik zag een rechte regenboog (niet rond)??

    Je zag waarschijnlijk een kort stukje van de regenboog, bij laagstaande zon. Als de regen op enige afstand was, zag je alleen in dat kleine gebied een kort stukje regenboog, dat recht lijkt. Ook als de zon hoog staat en de bovenkant van de regenboog ligt net bovenop de horizon, kan het stukje boog redelijk recht lijken.

13. Wat zijn de spaken die soms in de regenboog ontstaan?

    Dit zijn tegenzonnestralen, wat gewoon zonnestralen zijn die je van achteren ziet (je ziet zonnestralen meestal uit elkaar gaan, of divergeren, vanaf de zon). Omdat deze zonnestralen zich tegenover de zon bevinden, en lijken samen te komen (convergeren) op het tegenzonnepunt, heten deze stralen tegenzonnestralen (als ze op het purperrood geprojecteerd worden na zonsondergang heten ze tegenschemeringsstralen (een hele mond vol!)). Het gebied binnen de hoofdregenboog is een gebied met sterke verstrooiing van licht, dus de tegenzonnestralen zijn geregeld te zien binnen de regenboog. In sommige gevallen is het een adembenemend gezicht.

14. Ik zag twee regenbogen die elkaar kruisten??

    Je hebt wellicht de zeldzame reflectiebogen gezien. Dit zijn regenbogen die ontstaan door een spiegeling van de zon door een groot wateroppervlak, of ander reflecterend oppervlak. Als het water zeer rustig is, is het gespiegelde zonnebeeld bijna gelijk aan dat van de zon, en vrij helder. Dit geeft aanleiding tot een tweede set regenbogen, die ten opzichte van de directe regenbogen gespiegeld zijn aan de horizon. Je ziet hiervan meestal alleen het deel van de reflectiebogen aan de horizon. NB: reflectiebogen zijn NIET gereflecteerde regenbogen! Hierbij wordt het licht van de regenboog zelf (niet de lichtbron) gespiegeld in een reflecterend oppervlak.