L'arcobaleno

L'arcobaleno è un arco luminoso costituito dai colori dell'iride, di circa 42 gradi di raggio massimo (con il sole molto basso nel cielo), visibile quando il sole alle spalle dell'osservatore illumina la pioggia situata davanti all'osservatore. L'arcobaleno è anche prodotto dalle cascate; le nevicate, invece, non producono arcobaleni. Quelli prodotti dagli spruzzi di acqua di mare sono più piccoli a causa dell'indice di rifrazione più alto nelle goccioline di acqua salata.
Il raggio dell'arcobaleno è maggiore se osservato dall'alto; se osservato da una aeroplano può apparire perfettamente circolare, con l'ombra dell'aereo al centro. Anche la luna può produrre un arcobaleno poco luminoso e, apparentemente, bianco (a causa della ridotta sensibilità della retina in condizioni di scarsa luminosità), raramente rosa nel margine esterno.
L'arcobaleno è generato dalla dispersione ottica della luce solare che attraversa le gocce di pioggia. La luce viene prima rifratta quando entra nella superficie della goccia, riflessa sul retro della goccia e nuovamente rifratta uscendo dalla goccia. L'effetto complessivo è che la luce viene riflessa in una larga gamma di angoli dipendenti dall'indice di rifrazione e non dalle dimensioni delle gocce.
La rifrazione scompone la luce nei colori dello spettro, mentre la riflessione dirige i raggi verso l'osservatore che, non potendo distinguere le singole gocce, vede l'arcobaleno come bande colorate senza soluzioni di continuità.
Il violetto appare nella parte più interna dell'arcobaleno, il rosso nella parte esterna, ma senza transizioni nette tra un colore e l'altro. Un arcobaleno "secondario", meno luminoso, prodotto da riflessione doppia, può anche apparire esternamente al primo, con un raggio di circa 51 gradi ed i colori dell'iride invertiti. L'area scura di cielo non illuminato posta tra l'arcobaleno primario e quello secondario viene chiamata "banda di Alessandro", da Alessandro di Afrodisia che la descrisse per primo.
Eccezionalmente si possono scorgere tre arcobaleni secondari, sempre più esterni e più fiochi. Deboli arcobaleni possono apparire anche nel lato interno dell'arco primario. Questi arcobaleni, definiti "supernumerosi", si manifestano quando le gocce di pioggia sono piccole e di dimensioni simili. Sono generati da fenomeni d'interferenza tra i raggi di luce che seguono percorsi lievemente differenti e con lunghezza d'onda leggermente diverse all'interno delle gocce di pioggia. Quando le radiazioni luminose sono tra loro in fase, si rinforzano ("interferenza costruttiva"), creando una banda molto luminosa; quando invece sono fuori fase fino a mezza lunghezza d'onda, si annullano ("interferenza distruttiva"), creando un buco.
Un arcobaleno abbraccia uno spettro continuo di colori e le bande colorate distinte che osserviamo rappresentano un artefatto dovuto ai fotopigmenti presenti nella retina dell'occhio e all'interpretazione delle immagini da parte del cervello.
La risposta di picco dei recettori di colore umani varia da persona a persona, di conseguenza ogni individuo vede colori leggermente differenti; i daltonici vedono un insieme ridotto di colori.
La dimensione delle gocce influisce sull'ampiezza dell'arco e determina anche l'intensità cromatica. Deboli precipitazioni, con gocce molto piccole, producono arcobaleni piuttosto sbiaditi. I rovesci generano gli arcobaleni più spettacolari.
Gli arcobaleni più grandi si osservano quando il sole è basso nel cielo; se il sole è più alto di 42°, l'arcobaleno non è visibile perché si troverebbe sotto l'orizzonte. Talvolta l'arcobaleno può apparire frammentato se la pioggia non forma una cortina continua.