Hesarin tiedesivuilla oli vastaus Valtteri 4 v:n kysymykseen
"Miksi sateenkaari on kaareva?". Päivystävänä dosenttina oli tällä
kertaa Hannu Karttunen. Hannu on sen verran vanha kehäkettu näissä
populaarifysiikan asioissa, että vastauksesta ei normaaleja virheitä löydy kuin
korkeintaan pikkumaiseksi heittäytymällä. Niistä myöhemmin.
Sateenkaaren synnyn ja ominaisuuksien selitykset eivät ole
oikein nelivuotiaan ymmärryksen tasolla, mutta parhaansa Hannu yrittää
vastauksessaan. Tosin suurin osa vastauksesta on ihan jotain muuta kuin mitä
kysyttiin. Itse kysymykseen puututaan vain yhdessä kappaleessa.
Pikkujuttuun tuli yksi
kommenttikin.
"Minusta vähän liian
yksinkertaistettu vastaus, jopa Valtteri 4v:lle.
Nämä lasten tiedekysymykset ovat
ihan hauskoja juttuja, mutta vastaukset saisivat olla vähän tarkempia. Tässä
olisi ihan hyvin voinut selittää perusteellisemmin sateenkaaren muodostumisen
havainnoijan näkövinkkelistä. Valkoisen valon spektri heijastuu pisarasta
muistaakseni noin 42 asteen kulmassa ja tästä johtuen havainnoija näkee vain ne
valonsäteet, jotka heijastuvat suoraan pisarasta havainnoijan silmiin. Muut
menevät luonnollisesti ihan muualle. Juurikin tästä johtuu se, että sateenkaari
yleensä on kaareva. Se voi olla myös täysympyrä, jos sitä tarkastellaan esim.
lentokoneesta.
Onko sateenkaari olemassa, jos
sitä ei ole kukaan näkemässä? Siinäpä Valtterille purtavaa :)"
Ei nyt ihan viimeisintä päivitettyä tietoa sateenkaaresta
tämäkään kommentti sisältänyt. Varsinkin kaarevuuden syyn selitys menee suoraan
sanoen ihan metsään.
Oli syy tässä kommentissa tai jossain julkaisemattomassa,
joka tapauksessa viikon päästä tuli korjaus tiedesivuille. Siinä väitettiin,
että asia oli oheisessa kuvassa selitetty paremmin kuin Karttusen vastauksessa.
Ei ollut. Vastauksesta paistaa pitkälle, että tässä ovat diletantit asialla.
Entinen opettajani ja uskallan sanoa myös hyvä ystäväni
professori Kaarle Kurki-Suonio ei malttanut olla kommentoimatta tätä Hesarin
toimitukselle ja suoraan myös minulle fysiikan opettajien palstan välityksellä.
En viitsi siteerata Kaarlen vastausta sellaisenaan, koska se kirjoitettu hieman Kaarlelle tyypillisellä "provosoituneella kun on provosoitu"
-tyylillä. Oleellista kuitenkin oli, että Kaarle kommentoi kuvassa olevan
Auringon omituista sijaintia katsojaan nähden kuin myös lausumaa, jonka mukaan
pisarat heijastavat valoa "erikoisen voimakkaasti ... 42 asteen kulmassa".
Kun vielä toinen vanha ystäväni, Hesarin tiedetoimittaja
Timo Paukku kyseli minulta, että miten asia oikein on, niin näyttää siltä, että
sateenkaaren selitykset herättävät omassa pienessä piirissään näköjään yhtä kiivasta polemiikkia kuin Guggenheim ja
pakkoruotsi yhteensä. Joten pakkohan minunkin on ottaa asiaan kantaa. Tässä
siis muuta poikkitieteellinen kommentti.
Auringon kuva piirroksessa on tietysti täysin tarpeeton
graafinen elementti, joka vie ajatusta korkeitaan harhaan. Suuntanuoli olisi
riittänyt.
Ei tekstissä muutenkaan ole hirveästi hurraamista.
"Auringon ja pisaran välissä olevan katsojan
näkökulmasta pisarat asettuvat tasaiselle kaarelle, joka muodostaa katsojan
näkemän sateenkaaren."
Mitähän tässä on a) ajateltu, b) koitettu sanoa? Sateenkaari
ei ole tietyssä paikassa, vaan se muodostuu tietyssä suunnassa olevista pisaroista
heijastuvasta valosta. Jos ajatellaan kuitenkin sitä objektia, mikä syntyy
sateenkaaren muodostavista pisaroista, niin se ei ole kaari, vaan osa
kartiopintaa, jonka kärjessä on katsojan silmä.
Alan perusteoksesta, mainiosta Minnaertin kirjasta "Maiseman valot ja värit" lainattu kaavakuva sateenkaarikartiosta. Katsoja on W-kirjaimen kohdalla. Katkoviiva on Auringon ja katsojan pään kautta kulkeva suora.
"Kaaren sijainti riippuu katsojan paikasta."
Samat sanat. Kaari ei sijaitse missään paikassa, vaan näkyy
tietyssä suunnassa. Toki edellä mainittu kartiopinta on jossain ja riippuu
nimenomaan katsojan paikasta. Katsojan on kuitenkin vaikea hahmottaa sateenkaarta kartiopintana,
koska sen voi nähdä vain kaksiulotteisena kartiopinnan projektiona.
"… erikoisen voimakkaasti ne
heijastavat valoa 42 asteen kulmassa Auringon suuntaan (nähden)"
Vain hyvin pieni osa pisaraan osuneesta valosta heijastuu
takaisin. Suurin osa joko heijastuu eteenpäin tai menee pisaran lävitse sen
etu- ja takapinnassa taittuen. Sen sijaan takapinnasta heijastuneella valolla
on säteiden keskittymä juuri noin 42 asteen ns. minimipoikkeaman kulmassa,
mistä syystä pisaroista heijastuva valo on kirkkainta juuri tässä suunnassa.
Tässä Kaarle on minusta selkeästi väärässä, sikäli kun ymmärsin mitä hän ajoi
takaa.
Kun sateenkaaren valokuvista otetaan "hämäävät"
värit pois, niin kaaren kirkkaus tulee selkeästi esille. Kirkkausero on kaaren
yläpuolisen osan ja kaaren välillä paljon suurempi kuin alapuolisen osan ja
kaaren välillä. Tämä johtuu siitä, että ns. Aleksanterin mustan vyön suunnasta
ei tule pisaroista heijastunutta valoa lainkaan toisin kuin kaaren alapuolella
olevista pisaroista. Joskus alapuoli voi olla lähes yhtä kirkas kuin itse
kaari.
Kulma katsojan silmästä on pöhkösti piirretty. Toisen säteen
pitäisi osoittaa kaariympyrän keskipisteeseen, ei kaareen. Säde myös katkaisee
itse sateenkaaren hassulla tavalla.
Jos vielä palataan alkuperäiseen kysymykseen, eli miksi
sateenkaari on kaareva. Siihenhän ei vastattu oikeastaan kummassakaan
esityksessä. Virkettä "Sateenkaaren kaareva muoto johtuu tavasta, jolla
pisara heijastavat niihin osuvaa valoa." en pidä Valtterin kysymystä erityisen hyvin
avaavana vastauksena.
Jos yritän itse vastata tavalla, josta nelivuotias voisi ymmärtää
jotain, niin ehkä jotain tällaista koittaisin väsätä.
"Sateenkaari on kaari, koska sen muodostavat
valonsäteet heijastuvat pinnasta, joka on itsekin kaareva. Nimittäin
vesipisaroista."
Jos mielenkiintoa näyttäisi vielä riittävän, niin voisin
koittaa jatkaa. Jonkinlainen piirustus olisi kyllä lähes välttämätön puheen
ohella.
"Sateenkaari syntyy vesipisaroiden lävitse taittuen ja heijastuen
kulkeneesta ja väreihin hajonneesta valosta. Sateenkaari näkyy aina suunnassa,
joka on noin 42 asteen kulmassa Auringon ja katsojan pään muodostaman suunnan
kanssa. Koska sadepisarat ovat palloja, niin sateenkaari on niiden
poikkileikkauksen muotoinen; osa ympyrän kaarta. Itse asiassa sateenkaari kaari
ei ole täydellinen matemaattinen ympyrän kaari, koska varsinkin isommat
sadepisarat eivät putoa pallon, vaan enemmänkin sämpylän muotoisina. Ero
"täydelliseen" ympyrän kaareen on kuitenkin niin pieni, että silmällä
sitä ei pysty havaitsemaan."
Itse asiassa jokainen sateenkaaren selitys jättää helposti
ilmaan enemmän kysymyksiä kuin antaa vastauksia. Miksi juuri 42 asteen kulma?
Miksei koko taivas ole värikäs, vain osa siitä? Sateenkaari on näyttävä ilmiö,
jonka salaisuudet ovat kiehtoneet ihmistä siitä lähtien, kun Jumala asetti sen
liiton merkiksi vedenpaisumuksen jälkeen. Ainakin, jos uskomme
nuoren maan kreationisteja.
Sateenkaaren teoria on kehittynyt ja tarkentunut pitkän ajan
kuluessa. Ensimmäisen kunnollisen selityksen antajana yleisesti pidetään kuitenkin ranskalaista 1600-luvun filosofia René Descartesia. Jo tästä
viitekehyksestä voi päätellä, että sateenkaaren kaaren synnyn selvittäminen
4-vuotiaalle lienee aika haasteellista. Vähän vähemmillä virheillä kuin mitä
Hesarissa nyt oli voisi kuitenkin yrittää seuraavalla kerralla. Sateenkaarihan
on kuitenkin joka kesän vakio tiedepalstoilla.
ps. Sateenkaaresta on netissä tarinaa vähintäänkin riittävästi. Myös
poikkitieteellisessä.