മഴവില്ലിന്റെ മാസ്മരികത: അതിന്റെ ശാസ്ത്രം ലളിതമായി

ആകാശത്ത് നിറങ്ങളുടെ മനോഹരമായ ഒരു പാലം പോലെ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന മഴവില്ല്, മനുഷ്യരാശിയെ എന്നും വിസ്മയിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. പുരാണങ്ങളിലും കലകളിലും നിറഞ്ഞുനിൽക്കുന്ന ഈ പ്രകൃതി പ്രതിഭാസം, വെറുമൊരു കാഴ്ച മാത്രമല്ല, പ്രകാശത്തിന്റെ അത്ഭുതകരമായ ശാസ്ത്രീയ പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ തെളിവ് കൂടിയാണ്. മഴവില്ല് എങ്ങനെ രൂപപ്പെടുന്നു എന്ന് നമുക്ക് ശാസ്ത്രീയമായി മനസ്സിലാക്കാം.

പ്രകാശവും ജലകണികകളും: മഴവില്ലിന്റെ അടിസ്ഥാനം

മഴവില്ലിന്റെ രൂപീകരണത്തിന് അടിസ്ഥാനപരമായി രണ്ട് ഘടകങ്ങളാണ് ആവശ്യം: സൂര്യപ്രകാശവും അന്തരീക്ഷത്തിലെ ചെറിയ ജലകണികകളും. മഴയ്ക്ക് ശേഷമോ, ഈർപ്പം നിറഞ്ഞ അന്തരീക്ഷത്തിലോ, വെള്ളച്ചാട്ടത്തിനടുത്തോ ഒക്കെയാണ് സാധാരണയായി മഴവില്ലുകൾ കാണാൻ കഴിയുന്നത്.

സൂര്യപ്രകാശം: നിറങ്ങളുടെ സമുദ്രം

നമ്മൾ സാധാരണയായി കാണുന്ന സൂര്യപ്രകാശം വെളുത്തതാണെങ്കിലും, അത് വാസ്തവത്തിൽ പല നിറങ്ങളുടെ ഒരു മിശ്രിതമാണ്. വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, നീല, പച്ച, മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് (VIBGYOR - വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, ബ്ലൂ, ഗ്രീൻ, യെല്ലോ, ഓറഞ്ച്, റെഡ്) എന്നിങ്ങനെ ഏഴ് നിറങ്ങൾ ചേർന്നതാണ് സൂര്യപ്രകാശം. പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തിലെ (wavelength) വ്യത്യാസമാണ് ഈ നിറങ്ങൾ ഉണ്ടാകാൻ കാരണം.

പ്രകാശത്തിന്റെ യാത്ര: റിഫ്രാക്ഷൻ, റിഫ്ലക്ഷൻ, ഡിസ്പേർഷൻ

1. റിഫ്രാക്ഷൻ (പ്രകാശത്തിന്റെ അപവർത്തനം)

സൂര്യപ്രകാശം ഒരു ജലകണികയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ തട്ടുമ്പോൾ, അത് വായുവിൽ നിന്ന് വെള്ളത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു. ഈ മാധ്യമമാറ്റം കാരണം പ്രകാശം അല്പം വളയുന്നു. ഈ പ്രതിഭാസത്തെയാണ് 'റിഫ്രാക്ഷൻ' (Refraction) അല്ലെങ്കിൽ പ്രകാശത്തിന്റെ അപവർത്തനം എന്ന് പറയുന്നത്. വ്യത്യസ്ത തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഓരോ നിറത്തിനും വ്യത്യസ്ത അളവിലാണ് റിഫ്രാക്ഷൻ സംഭവിക്കുന്നത്. ചുവപ്പ് നിറത്തിന് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ അപവർത്തനവും വയലറ്റ് നിറത്തിന് ഏറ്റവും കൂടുതൽ അപവർത്തനവും സംഭവിക്കുന്നു. ഇത് നിറങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്നു.

പ്രകാശത്തിന്റെ അപവർത്തനം സ്നെൽസ് നിയമം (Snell's Law) ഉപയോഗിച്ച് വിശദീകരിക്കാം: $$n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)$$ ഇവിടെ $n_1$, $n_2$ എന്നിവ മാധ്യമങ്ങളുടെ അപവർത്തന സൂചികകളും (refractive indices) $\theta_1$, $\theta_2$ എന്നിവ പ്രകാശരശ്മിയുടെ പതനകോണും (angle of incidence) അപവർത്തനകോണും (angle of refraction) ആണ്.

2. ഇന്റേണൽ റിഫ്ലക്ഷൻ (ആന്തരിക പ്രതിഫലനം)

റിഫ്രാക്ഷൻ വഴി ജലകണികയ്ക്കുള്ളിൽ പ്രവേശിച്ച പ്രകാശം, ജലകണികയുടെ എതിർവശത്തുള്ള ആന്തരിക പ്രതലത്തിൽ തട്ടുന്നു. ഇവിടെ വെച്ച് പ്രകാശം ജലകണികയുടെ ഉള്ളിലേക്ക് തന്നെ പ്രതിഫലിക്കുന്നു. ഇതിനെ 'ഇന്റേണൽ റിഫ്ലക്ഷൻ' (Internal Reflection) അല്ലെങ്കിൽ ആന്തരിക പ്രതിഫലനം എന്ന് പറയുന്നു. ചിലപ്പോൾ പ്രകാശരശ്മി ഒരുതവണയല്ല, രണ്ടോ അതിലധികമോ തവണ ജലകണികയ്ക്കുള്ളിൽ പ്രതിഫലിക്കാം.

3. വീണ്ടും റിഫ്രാക്ഷൻ (പുറത്തേക്ക്)

ആന്തരികമായി പ്രതിഫലിച്ച പ്രകാശം ജലകണികയുടെ അതേവശത്തുള്ള ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തേക്ക് വരുമ്പോൾ വീണ്ടും റിഫ്രാക്ഷൻ സംഭവിക്കുന്നു. ഈ സമയത്താണ് ഓരോ നിറവും പ്രത്യേക കോണുകളിൽ വേർതിരിഞ്ഞ് പുറത്തേക്ക് വരുന്നത്. ഈ പുറത്തേക്ക് വരുന്ന പ്രകാശരശ്മികളാണ് നാം മഴവില്ലായി കാണുന്നത്.

പ്രൈമറി റെയിൻബോയും സെക്കൻഡറി റെയിൻബോയും

പ്രൈമറി റെയിൻബോ (Primary Rainbow)

സാധാരണയായി നാം കാണുന്ന ഏറ്റവും തിളക്കമുള്ള മഴവില്ലാണ് പ്രൈമറി റെയിൻബോ. ഇത് ജലകണികയ്ക്കുള്ളിൽ പ്രകാശം ഒരുതവണ ആന്തരികമായി പ്രതിഫലിക്കുമ്പോൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു. ഈ മഴവില്ലിൽ ചുവപ്പ് നിറം പുറത്തും വയലറ്റ് നിറം അകത്തുമായാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. ഏകദേശം 40° മുതൽ 42° വരെയുള്ള കോണുകളിലാണ് ഈ മഴവില്ല് കാണാൻ സാധിക്കുന്നത്.

സെക്കൻഡറി റെയിൻബോ (Secondary Rainbow)

ചിലപ്പോൾ പ്രൈമറി റെയിൻബോയ്ക്ക് മുകളിലായി, മങ്ങിയതും വീതികൂടിയതുമായ മറ്റൊരു മഴവില്ല് കാണാൻ സാധിക്കും. ഇതാണ് സെക്കൻഡറി റെയിൻബോ. ഇത് ജലകണികയ്ക്കുള്ളിൽ പ്രകാശം രണ്ടുതവണ ആന്തരികമായി പ്രതിഫലിക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്നതാണ്. സെക്കൻഡറി റെയിൻബോയിൽ നിറങ്ങളുടെ ക്രമം പ്രൈമറി റെയിൻബോയുടെ വിപരീതമായിരിക്കും: വയലറ്റ് പുറത്തും ചുവപ്പ് അകത്തുമായാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. ഇത് ഏകദേശം 50° മുതൽ 53° വരെയുള്ള കോണുകളിലാണ് കാണപ്പെടുന്നത്.

മഴവില്ല് എപ്പോഴും ചാപമായി (Arc) കാണുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

സൂര്യപ്രകാശം ഒരു പ്രത്യേക കോണിൽ (ഏകദേശം 40°-42° പ്രൈമറി റെയിൻബോയ്ക്ക്) നമ്മുടെ കണ്ണുകളിലേക്ക് തിരികെ എത്തുമ്പോൾ മാത്രമേ നമുക്ക് മഴവില്ല് കാണാൻ സാധിക്കൂ. ഈ കോൺ ഒരു കോൺ പോലെ, ഒരു വൃത്തത്തിന്റെ ഒരു ഭാഗം പോലെ രൂപപ്പെടുന്നു. സൂര്യൻ നമ്മുടെ പിന്നിലായിരിക്കണം. നമ്മൾ സൂര്യന് പുറം തിരിഞ്ഞ് നിൽക്കുമ്പോൾ, നമ്മുടെ നിഴൽ മഴവില്ലിന്റെ കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തേക്ക് പോകുന്ന ഒരു സാങ്കൽപ്പിക രേഖയിലായിരിക്കും. അതിനാൽ മഴവില്ല് എപ്പോഴും ഒരു വൃത്തത്തിന്റെ ഭാഗമായി അല്ലെങ്കിൽ ഒരു ചാപമായി കാണപ്പെടുന്നു. ഒരു വിമാനത്തിൽ നിന്നോ ഉയരമുള്ള കെട്ടിടത്തിൽ നിന്നോ നോക്കുമ്പോൾ ചിലപ്പോൾ പൂർണ്ണമായ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള മഴവില്ലും കാണാൻ സാധിക്കും.

മറ്റ് മഴവില്ല് പ്രതിഭാസങ്ങൾ

മഴവില്ലിന്റെ രൂപീകരണത്തിലെ അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങൾ ഇതാണെങ്കിലും, ചിലപ്പോൾ അപൂർവമായ മറ്റ് മഴവില്ല് പ്രതിഭാസങ്ങളും കാണാൻ സാധിക്കും:

• ഫോഗ്ബോ (Fogbow): വളരെ ചെറിയ മഞ്ഞുകണികകൾ ഉള്ളപ്പോൾ, മങ്ങിയതും നിറം കുറഞ്ഞതുമായ, സാധാരണയായി വെളുത്ത നിറത്തിലുള്ള ഒരു മഴവില്ല് കാണാം.
• മൂൺബോ (Moonbow): ചന്ദ്രന്റെ പ്രകാശം മൂലം രാത്രിയിൽ രൂപപ്പെടുന്ന മഴവില്ല്. ഇത് വളരെ മങ്ങിയതും വെളുത്ത നിറത്തിലുമായിരിക്കും.
• സൂപ്പർന്യൂമററി ബോസ് (Supernumerary Bows): പ്രധാന മഴവില്ലിന് താഴെയോ മുകളിലോ കാണുന്ന നേർത്ത, പല നിറങ്ങളുള്ള വരകൾ. പ്രകാശത്തിന്റെ 'ഡിഫ്രാക്ഷൻ' (diffraction) എന്ന പ്രതിഭാസം മൂലമാണ് ഇവ ഉണ്ടാകുന്നത്.

ഉപസംഹാരം

മഴവില്ല് വെറുമൊരു മനോഹരമായ കാഴ്ച എന്നതിലുപരി, പ്രകാശത്തിന്റെ സ്വഭാവം, ജലവുമായുള്ള അതിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനം, നമ്മുടെ കണ്ണുകൾ അത് എങ്ങനെ തിരിച്ചറിയുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ആഴത്തിലുള്ള ശാസ്ത്രീയ അറിവുകളാണ് നൽകുന്നത്. ശാസ്ത്രീയ വിശദീകരണങ്ങൾ അതിന്റെ സൗന്ദര്യം ഇല്ലാതാക്കുന്നില്ല, മറിച്ച് പ്രകൃതിയുടെ അത്ഭുതങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ മതിപ്പ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയേ ചെയ്യുന്നുള്ളൂ.