קשת בענן
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
- ערך זה עוסק בתופעת טבע אופטית. לערך העוסק במבצע צה"ל ברפיח 2004, ראו מבצע קשת בענן.
קשת בענן הינה תופעת טבע אופטית, הנוצרת כתוצאה משבירה, נפיצה והחזרה של קרני אור הבוקעות ממקור נקודתי בקירוב, מטיפות מים רבות בעלות צורה דומה, המפוזרות בחלל האוויר. כתוצאה מהשתברות זו מוצגת בשמים קשת צבעונית במגוון צבעי הספקטרום, המסודרים לפי אורך הגל שלהם, החל באדום בצד החיצוני, דרך כתום, צהוב וירוק ועד לכחול, אולי האינדיגו והסגול בצד הפנימי. מאחר שספקטרום הקשת הוא רציף נוטים אנשים שונים (בייחוד אנשים מתרבויות שונות) לספור מספר צבעים שונה בקשת.
תוכן עניינים |
[עריכה] מקומות בהם מופיעה קשת
מקור קרני האור עשוי להיות השמש, הירח או אף מקור אור מלאכותי בעל ספקטרום רציף. מכיוון שהעין האנושית מתקשה באבחנה בין צבעים באור חלש, נתפסת קשת הירח כקשת לבנה. במפלי הניאגרה למשל ניתן היה לראות קשת ירח, עד שהחלו להאיר את המפלים באור מלאכותי בלילה.
טיפות המים עשויות להיות טיפות גשם או מפלי מים או מזרקות, המפזרים טיפות מים באוויר. הקשת הנפוצה ביותר נראית בימים בעלי ראות טובה, כאשר יורד גשם עדין, והשמש גלויה. הקשת נראית בכיוון המנוגד לכיוון בו נמצאת השמש. לכן קל יותר לראות קשת מרהיבה בבוקר או בערב, כאשר השמש נמוכה. ניתן ליצור אפקט קשת באופן יזום באמצעות ריסוס טיפות מים באוויר ביום שמש.
[עריכה] הסבר מדעי
קשת נגרמת כתוצאה מנפיצה (דיספרסיה) של אור שמש כאשר הוא נשבר בחדירה וביציאה מטיפות מים כדוריות בקירוב.
[עריכה] שבירה ונפיצה
כאשר קרן אור פוגעת בטיפה, היא יכולה להשלים מגוון של מסלולים. חלק מן המסלולים מתבטאים ביצירת קשת. המסלול הנפוץ ביותר הוא שבירה (ונפיצה לפי מקדמי השבירה המתאימים לאורכי הגל השונים) בכניסה לטיפה, מוחזרת מן המשטח האחורי של הטיפה ושבירה נוספת (ונפיצה) ביציאה מן הטיפה. התוצאה הסופית היא החזרה של האור על פני טווח מסוים של זוויות, כאשר רוב האור מוחזר בזווית כוללת של 40°–42°, בלי קשר לגודל הטיפה.
המים מהווים תווך דיספרסיבי עבור האור, כלומר מהירות ההתקדמות של האור תלויה באורך הגל שלו, ולכן גם מקדם השבירה וזווית השבירה. האור הכחול נשבר בזווית גדולה יותר מאשר אור אדום, אך מכיוון שהמשטח האחורי של הטיפה הוא בעל מוקד שנמצא בתוך הטיפה, הספקטרום מצטלב עם עצמו, והצבע האדום מופיע גבוה יותר בשמיים (כלומר מהווה את הצבע החיצוני של הקשת).
בניגוד לאמונה הרווחת, האור אינו עובר החזרה גמורה במשטח האחורי של הטיפה: בוקעת כמות מסוימת של אור דרך משטח זה. עם זאת, האור שבוקע מחלקה האחורי של הטיפה לא נוטל חלק ביצירת קשת בין הצופה לבין השמש. לאור הבוקע מחלקה האחורי של הטיפה אין זווית בה הוא מגיע לעוצמה מקסימלית, בניגוד לקשתות הנראות, והצבעים מתערבבים יחד ולא יוצרים קשת.
|
[עריכה] מיקומה של הקשת
הקשת לא קיימת במיקום ספציפי בשמיים - היא מהווה תופעה אופטית שמיקומה, כפי שהוא נראה לצופה, תלוי במיקום הצופה. כל טיפות הגשם שוברות ומחזירות קרני שמש בצורה דומה, אך רק אור מטיפות גשם מסוימות מגיע לעין הצופה: טיפות הגשם המצויות במקום הגאומטרי אשר מקיים זווית של 40°–42° בין קרן היוצאת מן השמש ומגיעה לטיפה לבין קרן היוצאת מן הטיפה ומגיעה לעין הצופה.
הקשת ממוקמת תמיד בכיוון ההפוך לשמש ביחס לצופה, ופנים הקשת תמיד בהיר יותר מאשר חלקה החיצוני. הקשת ממורכזת סביב צילו של ראש הצופה, או ליתר דיוק בנקודה האנטיסולארית (המצויה מתחת לאופק במהלך היום), ומופיעה בזווית של כ- 40°–42° מהקו בין ראש הצופה לצילו. לכן, אם השמש גבוהה יותר מ42°, הקשת מצוייה מתחת לאופק ולא ניתן לראותה, אלא אם נקודת התצפית היא בראש הר או בנקודה גבוהה אחרת. באופן דומה, קשה לצלם קשת מלאה - תמונה כזו דורשת מפתח זוויתי של 84°. עבור מצלמה עם סרט של 35 מ"מ, יהיה צורך בעדשה בעלת אורך מוקד קצר במיוחד - 19 מ"מ או פחות, בעוד שלרוב הצלמים יש רק עדשות רחבות של 28 מ"מ. ממטוס ניתן לראות את מלוא מעגל הקשת, עם צילו של המטוס במרכזה.
[עריכה] נגזרות
[עריכה] קשתות מרובות
לעיתים מופיעה קשת שנייה, עמומה יותר, מחוץ לקשת הראשית. קשתות משניות נוצרות באמצעות החזרה כפולה בתוך הטיפה, ומופיעות בזווית של 50°–53°. כתוצאה מן ההחזרה השנייה, צבעי הקשת המשנית מהופכים בסדרם ביחס לצבעי הקשת הראשית: כחול בחוץ ואדום בפנים. האזור הכהה של השמיים הבלתי מוארים בין הקשת הראשונית והמשנית נקרא רצועת אלכסנדר, על שם אלכסנדר מאפרודיזיאס אשר היה הראשון לתאר את התופעה.
|
|
במקרים נדירים ניתן לחזות בקשת שלישית. מספר צופים דיווחו גם על ראייתה של קשת רביעית, עמומה ובלתי יציבה. קשתות אלו יופיעו באותו צד של השמיים כמו השמש, ויהיה קשה לחזות בהן.
לעיתים ניתן לחזות בתופעת קשת מרהיבה נוספת: מספר קשתות קלושות בחלקה הפנימי של הקשת הראשית, ולעיתים נדירות מאוד גם בחלקה הפנימי של הקשת המשנית. קשתות אלו מופרדות במעט מן הקשתות העיקריות, ויש להן רצועות בצבעי פסטל שאינם מתאימים לתבנית הרגילה. קשתות אלו מכונות קשתות סופרנומרריות. לא ניתן להסביר את קיומן באמצעות אופטיקה גאומטרית קלאסית.
הקשתות הקלושות נגרמות כתוצאה מהתאבכות בין קרני אור הנעות במסלולים שונים מעט באורכם בתוך הטיפות. חלק מהקרניים נמצאות באותו מופע, מחזקות זו את זו ויוצרות רצועה בוהקת. אחרות נמצאות במופעים מנוגדים, יוצרות התאבכות הורסת ומבטלות זו את זו, ובכך יוצרות פער (רצועה בה אין אור). מכיוון שזויות השבירה שונות עבור אור בצבעים שונים, תבנית ההתאבכות תלויה בצבע. לכן כל רצועה בוהקת נבדלת בצבעה, ויוצרת קשת בזעיר אנפין. קשתות סופרנומרריות ברורות ביותר כאשר טיפות הגשם קטנות ובעלות גודל דומה. מבחינה היסטורית, עצם קיומן של קשתות סופרנומרריות היווה אינדיקציה ראשונית לטבעו הגלי של האור.
[עריכה] קשת שיקוף
נגזרת אחרת של קשת נוצרת כאשר אור מוחזר מגוף מים. כאשר אור שמש משוקף ממים טרם הגיעו לטיפות גשם, נוצרת קשת שיקוף. לקשתות אלו יש אותם קצוות כמו לקשת רגילה, אך הן מתפרסות על פני זווית גדולה הרבה יותר, כאשר כל הקשת גלויה. ניתן לראות קשתות שיקוף ראשיות ומשניות.
[עריכה] קשת משוקפת
קשת משוקפת נוצרת כאשר אור שהוחזר קודם בתוך טיפות, משוקף לאחר מכן מגוף מים שטוח או מחול רטוב, בטרם הגיעו לצופה. קשת משוקפת אינה בבואה של הקשת העיקרית, אלא מוסטת ממנה במידה התלויה בגובהה של השמש.
[עריכה] היסטוריה של מדע הקשתות
חושבים כי האסטרונום הפרסי קוטב אל-דין אל-שירזי היה הראשון שנתן הסבר מדויק דיו לתופעת הקשת. ידוע כי גם תאודוריק מפריברג נתן הסבר תאורטי לקשת בשנת 1307. הוא גרס כי "כאשר אור שמש נופל על טיפות לחות בודדות, הקרניים נשברות פעמיים (בכניסה וביציאה) ומחזרות פעם אחת (בגב הטיפה), בטרם הגיען אל עין הצופה" (ציטוט מ ( David C, Lindberg, Roger Bacon's Theory of the Rainbow: Progress or Regress?, Isis, Vol. 57, no. 2, p. 236.).
ב-1637 פיתח דקארט הסבר זה הלאה. ביודעו שגודל הטיפות לא שינה את הקשת הנצפית, הוא ערך ניסויים בהעברת אור דרך כדור זכוכית גדול, מלא במים. ממדידת הזוויות בהן הגיחו קרני האור, הסיק כי הקשת הראשית נוצרת כתוצאה מהחזרה בודדת בתוך הטיפה, וכי ניתן ליצור את הקשת הראשית באמצעות שתי החזרות פנימיות. הוא הצליח לגבות טענה זו באמצעות פיתוח של חוק השבירה (אחרי סנל, אך באופן בלתי תלוי) וחישוב נכון של הזוויות של שתי הקשתות. עם זאת, הוא לא הצליח להסביר את הצבעים.
אייזק ניוטון היה הראשון להראות כי אור לבן מורכב מאור בכל צבעי הקשת, אשר מנסרת זכוכית יכולה לפצל לספקטרום הצבעים המלא. הוא אף הראה כי אור אדום נשבר פחות מאור כחול. גילוי זה הוביל להסבר המדעי הראשון של מאפייניה העיקריים של הקשת.
התקדמות בשיטות חישוביות ובתאוריית האופטיקה הובילו להבנה מלאה יותר של קשתות. Nussenzveig למשל מספק סקירה מודרנית של התופעה.
[עריכה] הקשת בתרבות האנושית
[עריכה] במיתולוגיה ובדתות שונות
לקשת, כתופעה מרהיבת עין שלא היה לה הסבר עד למאות השנים האחרונות, יש מקום של כבוד באגדות ובמיתוסים.
- במיתולוגיה היוונית, הקשת היא המסלול שעושה השליחה איריס בין הארץ לשמים.
- אצל האירים, קצה הקשת (מקום אליו לא ניתן להגיע) הוא המקום בו מטמין הלפרקון את מצבור הזהב שלו.
- במיתולוגיה הסינית, הקשת היא חריץ בשמים שנסתם על ידי האלה נוואה על ידי אבנים בחמישה צבעים שונים.
- במיתולוגיה ההינדית, הקשת נקראת "אינדראדהאנוש" - הקשת של אינדרה, אלת הברק והרעם.
- במיתולוגיה הנורדית, קשת המכונה "גשר ביפרוסט" היא הגשר בין אסגרד, משכן האלים, ומידגרד, עולם בני האדם.
[עריכה] קשת ביהדות
תופעת הקשת בענן מוזכרת לראשונה בתנ"ך בספר בראשית, כברית שכרת אלהים עם בני האדם לאחר המבול בימי נח. הקשת מוזכרת גם בספר שמות (ט, טו). ביהדות ישנה ברכה הנאמרת כאשר רואים את הקשת. הברכה היא: "ברוך אתה אדוני אלהינו מלך העולם, זוכר הברית ונאמן בבריתו וקיים במאמרו". הברכה אמורה להזכיר את הבטחת אלוהים לאי-הישנותו של המבול והברית שכרת עם נח בצאתו מהתיבה. חז"ל משבחים את רבי שמעון בר יוחאי שלא נראתה הקשת בימיו כלל.
בפילוסופיה היהודית מוזכרת הקשת בענן כעין התראה לבני האדם שהם קרובים להיות במצבם של דורו של נח. דהיינו חוטאים. אילו לא כרת אלוהים ברית עם נח אמור היה לרדת מבול. לפי השקפה זו הופעתה אמורה להזכיר לבני האדם להיטיב דרכיהם.
[עריכה] באמנות
נעשה שימוש בקשתות גם בהקשרים עדכניים יותר, כמו בשיר מעבר לקשת במחזמר הקוסם מארץ עוץ. בשיר "My Heart Leaps Up When I Behold The Rainbow" משנת 1802, וויליאם וורדסוורת' מצהיר:
- ליבי מזנק כשאני חוזה
- בקשת בשמים
- כך היה זה כשהחלו חיי
- כך זה כעת, כשאני גבר
- יהא זה כך כשאזקין
- או תנוני ואמות!
- My heart leaps up when I behold
- A rainbow in the sky:
- So was it when my life began;
- So is it now I am a man;
- So be it when I shall grow old,
- Or let me die!…
לעומת זאת, אומרים כי ההבנה הניוטונית של הקשת גרמה לג'ון קיטס לקונן בשירו "Lamia" בשנת 1820:
- הלא יפרחו כל הכשפים
- למגעה של פילוסופיה קרה?
- היה הייתה קשת נוראה בשמים
- אנו מכירים את השתי והערב שלה, את מרקמה, היא נתונה
- בקטלוג המשעמם של הדברים הרגילים
- פילוסופיה תקצוץ כנפי מלאך
- תכבוש כל מסתורין בחוק ושיטה
- תרוקן את האוויר רדוף הרוחות ואת המכרה מלא הגמדים -
- תפרום קשת...
- Do not all charms fly
- At the mere touch of cold philosophy?
- There was an awful rainbow once in heaven:
- We know her woof, her texture; she is given
- In the dull catalogue of common things.
- Philosophy will clip an Angel's wings,
- Conquer all mysteries by rule and line,
- Empty the haunted air, and gnomed mine –
- Unweave a rainbow...
בניגוד לכך, ריצ'רד דוקינס, בדברו על ספרו "Unweaving the Rainbow: Science, Delusion and the Appetite for Wonder" ("פרימת הקשת: מדע, הזיה ותיאבון לקסם"), אמר:
- "הכותרת שלי היא לפי קיטס, אשר האמין כי ניוטון השמיד את כל השירה שבקשת והורידה למדרגת צבעים במנסרה. קיטס לא יכול היה לשגות יותר, ומטרתי היא להנחות את כל אלה המתפתים להשקפות דומות לכיוון המסקנה ההפוכה. המדע הוא, או ראוי שיהיה, ההשראה לשירה דגולה."
דגל הגאווה הצבוע בששת צבעי הקשת, מייצג החל במאה ה-16 פלורליזם, תקווה ואיחוד לדעת אנשים מוסימים.
[עריכה] לקריאה נוספת
- Robert Greenler, Rainbows, Halos, and Glories, (1980) ISBN 0-521-38865-1
- Raymond L. Lee and Alastair B. Fraser, The Rainbow Bridge: Rainbows in Art, Myth and Science, (2001) Penn. State University Press and SPIE Press ISBN 0-271-01977-8
- David K. Lynch & William Livingston, "Color and Light in Nature", 2nd edition (2001) ISBN 0-521-77504-3
- M.G.J. Minnaert, "Light and Color in the Outdoors", 1995 ISBN 0-387-97935-2
- M. Minnaert, "The Nature of Light and Color in the Open Air", 1973 ISBN 0-486-20196-1
- Naylor, John, "Out of the Blue", 2002, ISBN 0-521-80925-8
- Nussenzveig, H. Moyses, “The Theory of the Rainbow,” Scientific American 236 (1977), 116
[עריכה] ראו גם
[עריכה] קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה | ||
|---|---|---|
 תמונות ומדיה בוויקישיתוף: קשת בענן |
- קשת מרובה, קשת שיקוף וקשת משוקפת תמונה ברורה והסבר
- יצירת קשת מלאכותית
- קשתות סופרנומרריות
- אופטיקה אטמוספירית אצל לז קאולי
- בברלי ט' לינדס על קשתות
- מדע הקשתות של בלייק אברסול
- קשתות סופרנומרריות ומרובות
- קשת בענן, באנציקלופדיה של מקראגשר
