แถบสีจางที่อยู่ด้านในรุ้งใหญ่เกิดจากอะไร

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

หลังฝนหยุด แดดส่องสวนที่ยังมีละอองน้ำ เราอาจเห็นรุ้งใหญ่พาดไกล ๆ บางครั้งขอบด้านในมีเส้นสีชมพู เขียว หรือม่วงจางเรียงชิดกัน เหมือนมีรุ้งเล็กแทรกอยู่ในวงหลัก

NASA นำภาพนี้ลง Astronomy Picture of the Day เมื่อ 4 ต.ค. 2026 แต่ภาพถ่ายเกิดที่ชายฝั่งนิวเจอร์ซีย์หลังเฮอริเคนฟลอเรนซ์ปี 2018 ช่างภาพบันทึกแถบย่อยได้อย่างน้อยห้าแถบในเฟรมเดียว และเห็นแสงจางสลับชัดราวครึ่งชั่วโมง

เส้นเหล่านี้ต่างจากรุ้งทุติยภูมิที่เป็นวงแยกอยู่นอกวงหลัก แถบรุ้งย่อยเกาะชิดขอบด้านในและมักมีสีพาสเทลสลับกัน จึงดูคล้ายอีกวงแต่มีที่มาอีกแบบ

แถบรุ้งย่อยเกิดจากการแทรกสอดของคลื่นแสงในหยดน้ำ ไม่ใช่การสะท้อนเพิ่มอีกครั้งแบบรุ้งวงที่สอง แสงจากดวงอาทิตย์เดินทางผ่านหยดน้ำตามเส้นทางต่างกันเล็กน้อย เมื่อคลื่นแสงออกมาซ้อนทับกัน บางตำแหน่งเสริมกันให้สว่าง บางตำแหน่งหักล้างกัน จึงเกิดแนวสีจางหลายชั้นติดกับรุ้งหลัก

ลองนึกถึงคลื่นบนผิวน้ำที่มาบรรจบกันจากคนละทิศ บางจุดระลอกสูงขึ้น บางจุดแบนลง แสงก็มีพฤติกรรมแบบคลื่นได้เช่นกัน แม้เราไม่เห็นทางเดินของแสงแต่ละเส้นด้วยตาเปล่า ในหยดน้ำ แสงที่ออกมาในทิศใกล้กันแต่อ้อมผ่านหยดไม่เท่ากันจะมีระยะทางต่างกันเล็กน้อย ความต่างนี้กำหนดว่าคลื่นสีใดจะเสริมกันหรือหักล้างกันตรงมุมที่ผู้สังเกตยืนอยู่

หยดน้ำต้องมีขนาดใกล้เคียงกันพอสมควรจึงจะเห็นแถบเหล่านี้ชัด NASA ระบุว่าหยดที่ทำให้เกิด supernumerary bows มักมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่ถึง 1 มิลลิเมตรและมีขนาดใกล้กัน หากฝนประกอบด้วยหยดเล็กใหญ่ปะปนกันมาก รูปแบบคลื่นจากหยดแต่ละขนาดจะวางแถบสีคนละตำแหน่ง เมื่อมองรวมกันจึงทับและกลบจนเหลือรุ้งหลักที่ดูเรียบกว่า

งานทดลองที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physics and Engineering ปี 2023 สร้างแถบรุ้งย่อยด้วยละอองน้ำที่กระเจิงแสง แล้วทดลองกับหยดเดี่ยวหลายขนาดและหลายความยาวคลื่น นักวิจัยเปรียบเทียบผลกับการคำนวณตามทฤษฎี Mie ซึ่งใช้จำลองการกระเจิงแสงในหยดน้ำ ผลคำนวณสอดคล้องกับการทดลองทั้งสองแบบ จึงสนับสนุนว่าขนาดและการกระจายของหยดน้ำมีผลต่อจำนวนและความคมของแถบเหล่านี้

ส่วน รุ้งทุติยภูมิที่เห็นอยู่ห่างออกไปด้านนอกคือรุ้งอีกวง แสงในหยดน้ำสะท้อนภายในสองครั้งก่อนออกมา ทำให้สีเรียงกลับด้านจากรุ้งหลัก โดยสีแดงอยู่ด้านล่าง ขณะที่รุ้งหลักเกิดจากการสะท้อนภายในหนึ่งครั้งและมีสีแดงอยู่ด้านบน NOAA อธิบายความต่างนี้ไว้ชัดเจน จึงใช้ตำแหน่งและลำดับสีแยกวงที่สองออกจากแถบรุ้งย่อยได้

เมฆฝนและละอองน้ำไม่ได้มีขนาดเท่ากันทุกครั้ง สภาพที่หยดมีขนาดใกล้เคียงกันจึงเกิดเพียงบางจังหวะ และแถบอาจเด่นขึ้นหรือเลือนลงเมื่อบริเวณที่มีหยดน้ำเปลี่ยนไป คำอธิบายภาพของ NASA บันทึกการเปลี่ยนแปลงเช่นนี้ไว้ในภาพชายฝั่งนิวเจอร์ซีย์ โดยไม่ได้อ้างว่ารุ้งทุกวงต้องมีจำนวนแถบเท่ากัน

รุ้งหลักจึงเป็นทั้งเรื่องของการหักเหและสะท้อนแสง ส่วนเส้นสีเล็ก ๆ ที่แทรกอยู่ด้านในแสดงให้เห็นผลของคลื่นแสงที่ซ้อนกัน การมองรุ้งหลังฝนครั้งต่อไปอาจลองเพ่งที่ขอบด้านในของวงหลัก แล้วแยกมันออกจากวงจางที่อยู่ด้านนอก เพียงเท่านี้เส้นสีที่ดูเหมือนรายละเอียดเล็กน้อยก็เล่าให้เห็นฟิสิกส์คนละแบบในท้องฟ้าเดียวกัน