ไขความลับสีรุ้งบนคราบน้ำมัน เมื่อฟิล์มบางคัดเลือกสีจากแสงขาวด้วยการแทรกสอด

สีรุ้งบนคราบน้ำมันไม่ได้เกิดจากเม็ดสี แต่มาจากแสงสองทางที่มาเจอกัน

เคยเห็นแอ่งน้ำข้างถนนมีสีม่วง เขียว ทอง และฟ้าวิ่งเป็นลายอยู่บนผิวไหม ภาพนั้นดูคล้ายรุ้งกินน้ำขนาดจิ๋ว แต่กลไกไม่เหมือนรุ้งบนท้องฟ้าเลย รุ้งบนฟ้าเกิดจากแสงหักเห สะท้อน และแยกสีในหยดน้ำ ส่วนสีบนคราบน้ำมันเกิดจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การแทรกสอดในฟิล์มบาง หรือ thin-film interference จุดสำคัญอยู่ตรงคำว่า “ฟิล์มบาง” น้ำมันแผ่บนผิวน้ำเป็นชั้นบางมาก บางระดับไมโครเมตร ซึ่งเล็กกว่าความหนากระดาษถ่ายเอกสารหลายสิบเท่า พอแสงขาวจากดวงอาทิตย์หรือหลอดไฟตกกระทบ ครึ่งหนึ่งไม่ได้สะท้อนกลับจากผิวบนทั้งหมด แสงส่วนหนึ่งสะท้อนตรงรอยต่อระหว่างอากาศกับน้ำมัน ขณะที่อีกส่วนทะลุเข้าไปในชั้นน้ำมัน แล้วค่อยสะท้อนจากรอยต่อระหว่างน้ำมันกับน้ำด้านล่าง แสงสองชุดนี้เดินทางไม่เท่ากัน ชุดที่ลงไปด้านล่างต้องวิ่งอ้อมเพิ่มอีกช่วงหนึ่ง ก่อนกลับขึ้นมาพบกับชุดที่สะท้อนจากผิวบน เมื่อคลื่นแสงกลับมาเจอกัน ยอดคลื่นอาจชนยอดคลื่นจนสว่างขึ้น หรือยอดคลื่นอาจไปชนท้องคลื่นจนหักล้างกัน สีบางช่วงจึงเด่น ส่วนบางช่วงจึงหายไปจากแสงสะท้อน ตรงนี้เองที่ทำให้เห็นสี ทั้งที่น้ำมันไม่ได้มีสีม่วง เขียว หรือฟ้าผสมอยู่จริง แสงขาวมีความยาวคลื่นหลายช่วงรวมกัน สีแดงมีความยาวคลื่นมากกว่าสีน้ำเงิน ความหนาของคราบน้ำมันแต่ละจุดจึงเลือกเสริมสีไม่เหมือนกัน จุดหนึ่งอาจพอดีกับคลื่นสีเขียว ทำให้สีเขียวสะท้อนแรง อีกจุดอาจพอดีกับสีม่วงหรือสีทอง ลายที่เห็นเลยเป็นหย่อม เป็นวง เป็นคลื่น หรือไหลเหมือนลายหินอ่อน ไม่ได้เรียงแดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงินอย่างเป็นระเบียบแบบรุ้งบนฟ้า ยังมีเรื่องการเปลี่ยนเฟสตอนสะท้อนเข้ามาเกี่ยวด้วย เมื่อแสงสะท้อนจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหสูงกว่า คลื่นอาจกลับเฟสครึ่งรอบ เงื่อนไขว่าสีไหนจะเสริมกันจึงไม่ได้ดูแค่ระยะทางอย่างเดียว แต่ต้องดูชนิดของน้ำมัน ดัชนีหักเห ความหนาของชั้นฟิล์ม และตัวกลางด้านล่างพร้อมกัน ฟังดูเหมือนยุ่ง แต่ภาพง่ายๆ คือ คราบน้ำมันทำตัวคล้ายเวทีเล็กจิ๋วที่บังคับให้คลื่นแสงบางสีร่วมจังหวะกัน และบังคับให้อีกหลายสีสวนจังหวะจนจางลง ลองขยับศีรษะหรือเปลี่ยนมุมมอง สีจะเลื่อนไปทันที นั่นไม่ใช่ภาพหลอน มุมที่แสงตกกระทบและมุมที่มองเปลี่ยนระยะทางจริงที่แสงวิ่งในชั้นน้ำมัน เมื่อระยะเปลี่ยน เงื่อนไขการเสริมและหักล้างก็เปลี่ยน สีเดิมอาจดับ แล้วสีใหม่โผล่ขึ้นมาแทน สีแบบนี้จึงเรียกว่า สีเหลือบ เพราะสีไม่ได้ติดอยู่กับตำแหน่งแบบสีทา แต่ขึ้นกับทั้งโครงสร้างและมุมมอง ทำไมคราบเดียวถึงหนาบางไม่เท่ากัน น้ำมันกำลังแผ่ออกด้วยแรงตึงผิว ถูกลม น้ำไหล ฝุ่น ความขรุขระของพื้น และการระเหยรบกวนอยู่ตลอด บางบริเวณบางลงเร็ว บางบริเวณกองตัวหนากว่าเล็กน้อย ความต่างเพียงเศษเสี้ยวไมโครเมตรก็พอเปลี่ยนสีที่ตาเห็นแล้ว พื้นถนนที่ไม่เรียบจึงสร้างลายซับซ้อนกว่าผิวน้ำนิ่ง และแค่ลมพัดเบาๆ ลายก็เคลื่อนเหมือนมีชีวิต มีรายละเอียดสนุกอีกอย่าง ถ้าใช้แสงสีเดียวส่องลงไป เช่น แสงเกือบสีเดียวจากแหล่งกำเนิดเฉพาะ คราบจะไม่แสดงสีหลายสีพร้อมกัน แต่จะเห็นบริเวณสว่างสลับมืดตามจุดที่คลื่นเสริมหรือหักล้างกัน สีรุ้งจึงต้องอาศัยแสงที่มีหลายความยาวคลื่นให้เลือก ส่วนกลางคืนที่มืดมาก ต่อให้คราบบางกำลังดี ก็แทบไม่มีสีให้เห็น เพราะไม่มีแสงตกกระทบมากพอ

สีรุ้งยังแอบบอกความบางของคราบได้คร่าวๆ

คู่มือสังเกตคราบน้ำมันในทะเลบางระบบจัดลักษณะ “สีรุ้ง” ไว้ที่ความหนาประมาณ 0.3–5 ไมโครเมตร ส่วนคราบที่บางกว่านั้นมักออกเงินหรือเทา ตัวเลขนี้ใช้ประเมินภาคสนาม ไม่ใช่ไม้บรรทัดแม่นยำ เพราะแสง เมฆ มุมมอง คลื่น และชนิดน้ำมันทำให้สีเพี้ยนได้ งานศึกษาด้านการมองเห็นคราบน้ำมันยังเตือนว่าการใช้สีเดาความหนาจะน่าเชื่อถือเฉพาะชั้นที่บางมาก โดยเฉพาะช่วงสีรุ้งหรือต่ำกว่านั้น พอคราบหนาขึ้น สีที่เห็นอาจเกี่ยวกับสีจริงและการดูดกลืนแสงของน้ำมันมากขึ้น อีกเรื่องที่มักเข้าใจผิดคือ สีสวยไม่ได้แปลว่าคราบปลอดภัย สีรุ้งเป็นเพียงสัญญาณทางแสงว่ามีชั้นของเหลวบางอยู่บนผิว ส่วนของเหลวนั้นเป็นอะไร มีสารระเหยหรือสารปนเปื้อนแบบไหน ต้องดูจากแหล่งที่มาและการตรวจวิเคราะห์ ไม่ควรแตะ ดมใกล้ๆ หรือปล่อยลงท่อระบายน้ำเพียงเพราะชั้นฟิล์มดูบาง คราวหน้าเห็นลายรุ้งบนแอ่งน้ำ ลองสังเกตสามอย่างพร้อมกัน คือ จุดที่สีเปลี่ยนเมื่อขยับมุม พื้นที่ที่เป็นสีเงินตรงขอบบาง และบริเวณที่ลายไหลตามลมหรือน้ำ ทั้งหมดคือหลักฐานว่าแสงกำลังวิ่งสองเส้นทาง แล้วกลับมาเจอกันในระยะระดับจิ๋วมาก ภาพที่ดูเหมือนสีถูกเทลงบนพื้น จึงแท้จริงเป็นรอยเซ็นของคลื่นแสงที่ตาเห็นได้พอดี