Gökkuşağı Neden Yuvarlaktır?

Eski Arap inancında, bulutları yöneten melek Kuzah’la, Fırtına Tanrısı Şeytan Kuzah’ın alâmetleri; Yunan mitinde Zeus’un, Hera’nın habercisi, yerle göğü birleştiren Yağmur Kuşağı Tanrıçası İris; altından geçen erkeği kadın, kadını erkek yapan, üstünden atlamayı kimsenin düşünmediği tılsımlı köprü; yağmur damlalarının Güneş’i optik ve matematikle yontarak yaratıp sundukları renk şöleni.

Neden gökkuşağı olur, bilir misiniz? Bilseniz bile, yanılıp yanılmadığınızı anlamaya çalışın. Kağıdı, kalemi alıp, kırılma, yansıma, tam yansıma, renklere ayrışma gibi optik kurallarını kullanarak kendinizi bir kere sınayın. Çok küçük olduğu için küresel bir şekil alan yağmur damlacığını çizin; Güneş'ten gelip damlacık içine giren-çıkan değişik ışınları dikkatle belirtin; şunları göreceksiniz: Damlacık yüzeyine 0-90° arasındaki her açıyla düşen sayısız Güneş ışını vardır. Bunların hepsi kısmen yansır, kısmen de kırılarak damlacık içine girer; yani her ışın, damlacık yüzeyinde iki çatala bölünür.

Damlacık içine giren her ışın, onun yüzeyinde başka bir noktada yine kısmen yansıyarak damla içinde kalır, kısmen kırılarak dışarı çıkar. Tam yansıma dediğimiz, ışının tümüyle yansıyarak içeride kaldığı durum hemen hemen hiç olmaz. Işının damlacık içinde kalan kolu, tekrar tekrar yukarıda sözü edilen yansıma-kırılma değişikliğine uğrayarak çatallaşır; fakat her seferinde kırılarak dışarı kaçan kayıp ışın yüzünden, gittikçe zayıflar.

Güneş ışığının saf renkte bileşenlerine ayrışması, girişteki ilk kırılma ile, sıfır, bir ya da daha çok sayıdaki iç yansımadan sonra, son çıkıştaki kırılma sırasında iki kez olur. Ama pek çok ışın ve pek çok yansıma olduğu için, damlacığın her tarafından adeta dışarı fışkıran, pek çok da basit renkte ışın vardır.

Buraya kadar iyi. Ama saf renklerin iç içe nasıl düzgün daire şeklinde sıralanarak oluşabildiğini açıklayamadık henüz. Göğün bakmakta olduğumuz kısmında, etrafa her yönde, her renkte ışınlar saçan sayısız damlacık varken, nasıl oluyor da bazı "özel" damlacıklar sıralanarak, gökkuşağı görüntüsü vermek üzere "bizi" seçiyor? Cevap basit, ama açıklanması biraz karışık.

Kırılma sonucunda bileşik bir ışık ışını saf renk bileşenlerine ayrışır. Bu, kırılma indeksinin ışığın dalga boyuna bağlı olmasından ileri gelir. Bir saydam ortamdan diğerine geçen ışının yönü, kısa dalga boyunda uzun dalga boyunda olduğundan daha fazla sapar. Böylece, kırmızıdan mora bütün bileşenler dar bir yelpaze oluşturur; prizmada olduğu gibi.

Damlacığa giren ışınla, belirli bir sayıda iç yansımadan sonra dışarı çıkan, renklerine ayrışmış fakat zayıflamış ışın genellikle aynı yönde olmaz; bunların arasındaki, "sapma açısı" diyebileceğimiz yön değişikliğini ele alalım. Damlaya giren ışının geliş açısı (ışının damlacık yüzeyine dik yönle yaptığı açı) 90° den başlayarak azaldıkça, sapma açısı da önce azalıyor; en düşük bir değere eriştikten sonra tekrar artmaya başlıyor.

İşte bu kritik dönüş noktasında, oldukça geniş bir açısal yelpaze içinden gelerek damlacık üzerine düşen fazla miktarda Güneş ışını, hemen hemen aynı (en düşük) sapmayı gerçekleştirdikleri için, birbirlerini destekleyerek kuvvetli bir huzme oluşturabiliyorlar. Bu huzmeleri gözümüze erişen bütün damlacıklar ise, Güneş'le gözümüzü birleştiren eksen etrafında, tepe yarı açısı en küçük sapma açısı olan bir koni üzerinde bulunuyor.

Böylece renkli huzme, sanki tam tepe noktasından seyredilen bir koni yüzeyi gibi, yani bir daire yayı şeklinde görünüyor; bu yüzden belki de gökkuşağına "renk konisi" demek daha doğru olurdu. Görüldüğü sanılan dairenin tam merkezinde de başımızın Güneş ışığı altındaki gölgesi bulunur (tabii bir yere gölgesi düşüyorsa).

Şimdi, havadaki kırılma indeksi 1.33 olan bir su damlacığını daha yakından ele alabiliriz. Damlacık içinde sadece bir defa yansıdıktan sonra dışarı çıkan ışınlar, yaklaşık 42° lik bir koni ile ilk gökkuşağını; iki defa yansıdıktan sonra çıkanlar ise 52° lik bir koni olarak daha dıştaki ikinci gökkuşağını verir.

Biraz dikkatli bir inceleme, renk sıralamasının ilk kuşakta içte mor dışta kırmızı; ikincide içte kırmızı dışta mor olacağını gösterir. Damlacık içindeki yansıma sayısı arttıkça, oluşacak her yeni kuşağın eni daha genişlerken, renkleri gittikçe zayıflar. Üçüncü ve dördüncü kuşaklar, sadece daha zayıf olmakla kalmayıp ayrıca Güneş tarafında oluştukları için, daha sonrakiler ise görülemeyecek kadar zayıf oldukları için, ikiden fazla gökkuşağı görmek herhalde kimseye nasip olmamıştır.

Böylece, ikincisi biraz nazlı görünen iki taneyle sınırlı da olsa, herkesin tamamen kendine ait bir gökkuşağı takımı olduğu ortaya çıkıyor. İkimiz de aynı şekilde görsek, hatta birbirimize "göstersek" bile, benim gökkuşağımı sizin, sizinkini benim görmemiz mümkün değil; çünkü iki ayrı gözün aynı anda aynı noktadan bakmasına izin yok.

Sivri ucu daima gözümüzden başlayan ve bizden hiç ayrılmayan, kişisel renk konilerimiz, yani gökkuşaklarımız, daima bizimle birlikte hareket edecekler, açıları hep aynı kalacak; yani "gökkuşağı altından geçme" fantezisi hiçbir zaman gerçekleşemeyecek.

Başka Yağmurların Kuşakları

Yağmuru su yerine başka sıvılardan olabilecek hayali gezegenlerde gökkuşağı olabilir mi? Genellikle birinci gökkuşağının oluşması biraz kritik. Metan, amonyak, kükürtlü hidrojen yağmurları altındaki gökkuşakları, kırılma indeksi 2’nin altında olduğu sürece, bizimkinden farklı açılarda (yani çaplarda) olmak üzere görülebilirdi.

Her ne kadar sıvı halde bulunamasa da, elmas "damlacıklarıyla" yüklü bir atmosfer düşünmemiz yadırganmazsa, elmasın yüksek indeksi (2.42) birinci kuşağa izin vermediği için, gökkuşakları ancak ikinciden itibaren görülebilecek, fakat bunlar daha geniş ve parlak olacaklardı.

Yansımaların Oyunu

Durgun bir göl ya da deniz kıyısında iseniz, asıl gökkuşağınızla birlikte iki tür yansıma görme şansı elde edebilirsiniz. Bunlardan biri, hem Güneş hem de göl arkanızda iken olur: Güneş'in gölden yansıyarak, gölün "içindeki" görüntüsünden çıkıyormuş gibi gelen ışınlarının oluşturduğu, daha yüksek bir gökkuşağı.

Bu kuşağın ufuk çizginize göre simetriğini hayalinizde canlandırabilirseniz, asıl gökkuşağınız ile tam bir daire oluşturduğunu göreceksiniz. Gölden, onun arkanızda bir yerlerde olduğunu unutacak kadar uzakta iseniz, gördüğünüz manzarayı mucize olarak kabul etmeniz mümkün.

Bir diğer yansıma, Güneş yine arkanızda fakat göl önünüzde ise meydana gelebilir: Göl aynasındaki kendi görüntünüzün "görebileceği", aslında size ait olmayan bu kuşağı oluşturan ışınlar, size ancak gölden yansıyarak görünebileceği için, asıl gökkuşağınızla, onun göl yüzeyinden yansıyan simetrik hayalini birlikte görürsünüz.

Eğer kıyıdan uzakta, göl ortasında iseniz, her iki tür yansıma da mümkün olabilir. Ve önünüzde, birbirleri ile ufuk çizgisi üzerinde kesişen, simetrik, iki ayrı tam daire kuşak oluşur. Etrafta başka kimse yoksa, bu çok ender görülebilecek hazinenin sadece size ait olduğuna artık inanabilirsiniz.

Akşama Doğru

Gökkuşağının çoğunlukla yağmurdan sonra ve akşama doğru görüldüğünü farketmişsinizdir. Acaba neden? Bunun açıklaması kolay: Bir kere, atmosfer yaygın şekilde su damlacıkları ile yüklü olmalı ki renk konisi yeterince derin olabilsin; böylece koni üzerinde bulunan, birbirlerini destekleyecek damlacık sayısı çoğalsın; o halde yağmur biraz önce yağmış ya da yağıyor olmalı.

İkincisi, renklere ayrışacak Güneş ışığı olmalı. Yağmurla birlikte Güneş ışığı ise, genellikle üstümüzdeki yağmur bulutları kütlesinin batıya doğru son bulduğu yerden Güneş'in açığa çıkmasıyla, yani akşama doğru (bazan da sabah, gün doğduktan biraz sonra) gözlenir. Bu da, çoğu zaman, yağmurun son bulma eğilimine bir işarettir.

Güneş'in çok alçakta, ufuk çizgisinin hemen üstünde olması durumunda, kırmızı dışındaki renklerini atmosferde kaybetmiş olabilir; ama üzülmeyin, gökkuşağınız bu sefer kırmızı bir kuşak olarak yine belirecektir.

Güneş daha yüksekte iken de gökkuşağı olabilir. Ama, başımızın yerdeki gölgesi bize yakın olduğu için, merkezi bu gölge olan dairesel, renkli kuşak, yerdeki Güneş'le iyice aydınlanmış, açıklı-koyulu diğer görüntülerle yarışmak, onları yenerek ayırdedilebilmek zorluğu ile karşı karşıyadır. Yine de, dikkatli bir gözlemci, basınçlı hortumdaki bir iğne deliğinden fışkırarak toz halinde havaya dağılan su damlacıklarının meydana getirdiği bir "mini" gökkuşağını; hatta Güneş tepedeyse kuşağın tam bir daire tamamladığını farkedebilir. Tabii ki kuşağın koni açısı hep aynı kalır: 42 derece.

Çarpık Bir Kuşak

Alışık olduğumuz daire yayı şeklindeki gökkuşakları, arka plandaki, genellikle uzak, yeri ve derinliği pek iyi anlaşılamayan, bulutlu bir göğe karşı görüldüğünden, tam tepesinden bakılan bir dairesel koninin algılanabileceği gibi, daire yayı olarak yorumlanır.

Yağmur damlacıkları bu koni yüzeyinin herhangi bir yerinde, bizden belki 1 metre, belki 1000 metre uzakta bulunabilir. Bazen, çok seyrek de olsa, çok özel bir başka durumla da karşılaşabiliriz. Gece radyasyonla soğuyan atmosferin yerdeki bazı bitki yüzeyleri üzerinde çiğ şeklinde oluşturduğu su damlacıkları, sabah güneşiyle aydınlanınca, bunlardan sadece renk konimiz üzerinde bulunanlar bize renkli kuşağın bir parçası olarak görünür.

Üzerinde bulundukları zeminden bağımsız olarak algılayabilseydik, bunları yine bir daire üzerindeymiş gibi görecektik. Fakat zemin belirgin bir referans düzlemi teşkil ettiği için, kuşak yere yapışık şekilde, yani sanki koni ile zeminin arakesiti şeklinde yere çizilmiş bir "hiperbolik yerkuşağı" olur, çıkar.

Bazı güzelliklerin, altında yatan gerçek nedenlerin açıklanmasıyla, hatta başkalarınca biliniyor olmasıyla büyüsünden, değerinden kaybedeceğini düşünüyor olabilirsiniz. Bunun tam tersine, nedenini bilmenin verebileceği heyecanı tatmak da isteyebilirsiniz.

Göreceğiniz ilk gökkuşağında kendinizi sınayın. Güzelliğinde ve yarattığı duygularda herkesin birleşebildiği belki de tek olayın, gökkuşaklarının, ancak seyredenler varsa varolduğunu, herkes gibi sizin de gökkuşağınızın (bütün renk kuşaklarınızın) tümüyle size ait olduğunu düşünerek tekrar bakın.