മഴവില്ലുകൾ ഉണ്ടാകുന്നതെങ്ങനെ?

പ്രകൃതി സൃഷ്​ടിക്കുന്ന ഏറ്റവും മനോഹരമായ ദൃശ്യങ്ങളിലൊന്നാണ് മഴവില്ല്. ഏഴു വർണങ്ങൾ ചാലിച്ച ഈ ദൃശ്യവിരുന്നൊരുക്കാൻ പ്രകൃതിക്ക് സാധിക്കുന്നതെങ്ങനെ? ചില ഘടകങ്ങൾ ഒത്തുവന്നാലേ മഴവില്ലുണ്ടാകൂ. ഒന്ന്, ആകാശത്ത് സൂര്യപ്രകാശവും ജലകണികകളും ഉണ്ടാകണം. രണ്ട്, സൂര്യനും ഈ ജലകണികകളും നിരീക്ഷക​െൻറ ഇരുവശത്തുമായി എതിർ ദിശകളിൽ വരണം. രാവിലെ പടിഞ്ഞാറും വൈകീട്ട് കിഴക്കും മഴവില്ല് കാണാനുള്ള കാരണം ഇതാണ്.

മഴവിൽ വർണങ്ങൾ

വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, നീല, പച്ച, മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് എന്നിങ്ങനെയുള്ള മഴവില്ലിലെ ഏഴു വർണങ്ങൾ ചേർന്നതാണ് സൂര്യപ്രകാശം. പ്രിസം ഉപയോഗിച്ച് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ 1666ൽ ന്യൂട്ടൻ ആണ് ഇത് കണ്ടെത്തിയത്. വായുവിൽ തങ്ങി നിൽക്കുന്ന ജലകണികകൾ പ്രിസങ്ങളെപ്പോലെ പ്രവർത്തിച്ച് സൂര്യപ്രകാശത്തെ അതി​െൻറ ഘടകവർണങ്ങളായി വേർതിരിക്കുന്നതാണ് മഴവില്ലിന് കാരണമെന്ന് ചുരുക്കിപ്പറയാം. പ്രകാശത്തിന് വായുവിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന അത്ര എളുപ്പമല്ല സാന്ദ്രത കൂടിയ പ്രിസത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കാൻ. അതിനാൽ, പ്രിസത്തിൽ പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ അത് വേഗം കുറയുകയും തൽഫലമായി വളയുകയും ചെയ്യും. ഇതാണ് അപവർത്തനം (refraction). പ്രിസത്തിനുള്ളിൽ കയറിയ പ്രകാശം പുറത്തുകടക്കുമ്പോൾ സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞ വായു അതിെൻറ സഞ്ചാരം വീണ്ടും എളുപ്പമാക്കുന്നു. അതിനാൽ, അത് എതിർദിശയിൽ വീണ്ടും അപവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു.

ഇഴപിരിയുന്ന പ്രകാശം

സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ ഓരോ ഘടകവർണത്തിലുള്ള പ്രകാശവും (VIBGYOR) വ്യത്യസ്​ത വേഗത്തിലാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്. (സത്യത്തിൽ വ്യത്യസ്​ത തരംഗദൈർഘ്യമാണ് വ്യത്യസ്​ത നിറങ്ങളുടെ അടിസ്​ഥാനം). തരംഗദൈർഘ്യം കുറവുള്ള നീലക്ക് വേഗം കുറവായതിനാൽ അത് പ്രിസത്തിലോ ജലകണികകളിലോ കയറുമ്പോൾ കൂടുതൽ വളയുന്നു. നീലയിൽനിന്ന് ചുവപ്പിലേക്ക് വരുമ്പോൾ തരംഗദൈർഘ്യം ക്രമമായി കൂടിവരുന്നു. ഒപ്പം വേഗതയും ക്രമത്തിൽ കൂടുന്നു. അതിനനുസരിച്ച് അപവർത്തനം കുറയുന്നു. ഇതി​െൻറ ഫലമായി സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ സപ്തവർണങ്ങൾക്കും ഇതേ ക്രമത്തിൽ വ്യത്യസ്​ത അളവിലുള്ള അപവർത്തനമാണ് സംഭവിക്കുന്നത്. അതിനാൽ, പ്രിസത്തിൽനിന്നോ ജലകണികകളിൽ നിന്നോ പുറത്തുവരുന്ന ധവളപ്രകാശം മഴവില്ലിൽ കാണുന്ന സപ്തവർണങ്ങളായി വേർപിരിയുന്നു. ഇതാണ് പ്രകീർണനം (dispersion).

ജലകണികകളുടെ റോൾ

മഴവില്ലുണ്ടാകുന്നത് പ്രകീർണനം വഴിയാണ്. ഇവിടെ പ്രകീർണനമുണ്ടാകുന്നത് ജലകണികകൾക്കുള്ളിൽവെച്ച് സൂര്യപ്രകാശത്തിന് സംഭവിക്കുന്ന രണ്ട് പ്രതിഭാസങ്ങൾ മൂലമാണ്. ഒന്ന്, അപവർത്തനം തന്നെ. പൂർണ ആന്തരികപ്രതിപതനം (total internal reflection) ആണ് രണ്ടാമത്തെ പ്രതിഭാസം. ജലകണികകളിൽ പതിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മികളിൽ ഒരു പങ്ക് അവയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ വെച്ചുതന്നെ പ്രതിപതിക്കുന്നു. ഉള്ളിൽ കടക്കുന്നവ അപവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു. ഈ രശ്മികൾ ജലകണികയുടെ ഉൾഭാഗത്തുള്ള മറ്റേ അരികിലെത്തുന്നു. ഇവയിൽ ചിലത് അതുവഴി പുറത്തു കടക്കും. എന്നാൽ, കുറെ രശ്മികൾ അവിടെ വെച്ച് തിരിച്ച് ഉള്ളിലേക്ക് തന്നെ പ്രതിപതിക്കുന്നു. അങ്ങനെ വീണ്ടും മറ്റൊരു അരികിലൂടെ പുറത്തുകടക്കുന്നു. അപ്പോൾ രണ്ടാമത് ഒരു അപവർത്തനം കൂടി സംഭവിക്കുന്നു. ഇങ്ങനെ ജലകണികകളിൽ വെച്ച് പ്രകാശരശ്മികൾക്ക് രണ്ടുതവണ അപവർത്തനവും ഒരു തവണ പ്രതിപതനവും സംഭവിക്കുന്നതുകൊണ്ടാണ് പ്രകീർണനം സംഭവിക്കുന്നത്. പ്രകീർണനമാണ് മഴവില്ലുണ്ടാക്കുന്നത്.

ഒന്നിച്ചുവന്നവർ വേർപിരിയുന്നു

ചിത്രം നോക്കൂ. ജലകണികകളിൽ പ്രവേശിക്കുന്ന വെളുത്ത പ്രകാശരശ്മി, അപവർത്തനം മൂലം ഏഴായി വേർപിരിഞ്ഞ്, ജലകണികയുടെ ഉൾഭിത്തിയിൽ ഏഴിടങ്ങളിലാണ് പതിക്കുന്നത്. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഇവയോരോന്നിെൻറയും പതനകോണുകൾ (angles of incidence) വ്യത്യസ്​തമായിരിക്കും. അതിനനുസരിച്ച് പ്രതിപതന കോണുകളും (angles of reflection) വ്യത്യസ്​തമാകുന്നു. ഇതാണ് പ്രകീർണനത്തിന് ഇടയാക്കുന്ന രണ്ടാമത്തെ ഘടകം. ജലകണികകളിൽ പ്രവേശിക്കുന്ന സൂര്യപ്രകാശത്തിലെ വയലറ്റ് രശ്മി പുറത്തുവരുന്നത് 139.4 ഡിഗ്രി ദിശമാറിയാണ്. ചുവപ്പാകട്ടെ 137.6 ഡിഗ്രിയും. മറ്റു രശ്മികളോരോന്നും ഇവക്കിടയിലുള്ള അളവിലും ദിശ മാറുന്നു. പുറത്തുവരുന്ന രശ്മികളിൽ പുറം ഭാഗത്ത് ചുവപ്പും ഉൾഭാഗത്ത് വയലറ്റുമാണെന്ന് ചിത്രം നിരീക്ഷിച്ചാൽ മനസ്സിലാക്കാം. അതാണ് മഴവില്ലിൽ പുറത്ത് ചുവപ്പും ഉള്ളിൽ വയലറ്റും വരാൻ കാരണം. മില്യൻ കണക്കിന് ജലകണികകളിൽ വെച്ച് സൂര്യപ്രകാശത്തിന് ഇങ്ങനെ പ്രകീർണനം സംഭവിക്കുമ്പോൾ എല്ലാം ചേർന്ന് മനോഹരമായ മഴവില്ലുണ്ടാക്കുന്നു.

മഴവില്ലിെൻറ ശരിക്കുള്ള ആകൃതി

നിരീക്ഷക​െൻറ കണ്ണ് ശീർഷമായി വരുന്ന വ്യത്യസ്​ത വർണങ്ങളുള്ള ഏഴ് വൃത്തസ്​തൂപികകളായാണ് സത്യത്തിൽ മഴവില്ലുണ്ടാകുന്നത്. എന്നാൽ, നമ്മുടെ കണ്ണി​െൻറ ത്രിമാനകാഴ്ചയുടെ പരിമിതി കാരണം ചുവപ്പ് മുതൽ വയലറ്റ് വരെ നിറങ്ങളുള്ള ഏഴ് വൃത്തങ്ങളായാണ് നാം അവയെ കാണുന്നത്. (ഗോളാകൃതിയിലുള്ള സൂര്യനെയും ചന്ദ്രനെയും നാം വൃത്താകൃതിയിൽ കാണുന്നതും നമ്മുടെ ത്രിമാന കാഴ്ചയുടെ പരിമിതികൊണ്ടുതന്നെ).

എന്തുകൊണ്ട് വില്ലി​െൻറ ആകൃതി?

പൂർണ വൃത്തമായാണ് ആകാശത്ത് മഴവില്ലുണ്ടാകുന്നത് എന്ന് വ്യക്​തമായല്ലോ? എന്നിട്ട് എന്തു കൊണ്ട് നാം അത് വില്ലുപോലെ കാണുന്നു? അതി​െൻറ കാരണം ഈ വൃത്തത്തി​െൻറ കേന്ദ്രം സൂര്യ​െൻറ നേരെ എതിർദിശയിലായിരിക്കും എന്നതാണ്. അതിനാൽ മഴവില്ലി​െൻറ പകുതിഭാഗം എപ്പോഴും ചക്രവാളത്തിനു താഴെയായിരിക്കും. ആ ഭാഗം നമുക്ക് കാണാനാവാത്തതാണ് മഴവില്ലിനെ വില്ലുപോലെ കാണാൻ കാരണം. എങ്കിലും വിമാനത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ആളുകൾക്ക് മഴവില്ലിനെ വൃത്താകൃതിയിൽ കാണാൻ സാധിക്കാറുണ്ട്.

ചന്ദ്രനും മഴവില്ലുണ്ടാക്കുന്നു

സൂര്യനെപ്പോലെ ചന്ദ്രനും അപൂർവമായി മഴവില്ലുണ്ടാക്കാറുണ്ട്. ശക്​തമായ നിലാവുള്ള രാത്രികളിലേ ഇത് കാണാനൊക്കൂ. നമ്മുടെ കണ്ണുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ നിറങ്ങളെ തിരിച്ചറിയാൻ പ്രയാസമാണ്. അതിനാൽ ചന്ദ്രൻ സൃഷ്​ടിക്കുന്ന മഴവില്ല് മിക്കവാറും വെളുപ്പ് നിറത്തിലാണ് കാണുന്നത്. നിറം കുറവായതിനാൽ പൊതുവെ ശ്രദ്ധിക്കപ്പെടാതെ പോകുന്നു.

ഹാലോകൾ

സൂര്യചന്ദ്രന്മാർക്ക് ചുറ്റും ചിലപ്പോൾ മഴവില്ലല്ലാത്ത ഒരു പ്രഭാവലയം കാണാറുണ്ട്. ഹാലോ (halo) എന്നാണ് ഈ പ്രതിഭാസത്തി​െൻറ പേര്. മഴവിൽ വർണങ്ങൾ ചേർന്നതോ വെളുപ്പുനിറം മാത്രമുള്ളതോ ആയ ഒരു ചെറിയ പ്രഭാവലയം സൂര്യ​െൻറയോ ചന്ദ്ര​െൻറയോ ചുറ്റും കാണപ്പെടുന്നതാണ് ഹാലോ. ചിലപ്പോൾ ചാപങ്ങളായും ചിലപ്പോൾ പൊട്ടുകളായും ഇവ രൂപപ്പെടാറുണ്ട്. അഞ്ചുമുതൽ പത്തുവരെ കിലോമീറ്റർ ഉയരത്തിലുള്ള സിറസ്​ മേഘങ്ങളിലോ സിറോസ്​ട്രാറ്റസ്​ മേഘങ്ങളിലോ ഉള്ള ഐസ്​ ക്രിസ്​റ്റ ലുകളിൽ സംഭവിക്കുന്ന അപവർത്തനം, പ്രതിപതനം എന്നീ പ്രകാശപ്രതിഭാസങ്ങളാണ് ഹാലോകൾ സൃഷ്​ടിക്കുന്നത്.