Twaalf vragen over de regenboog

"Heb je wel eens een regenboog gezien?" Vrijwel niemand zal die vraag met "nee" beantwoorden. Maar je moet niet doorvragen. "Hoeveel kleuren had hij? Hoe ver stond hij weg?" Velen zullen het antwoord schuldig blijven. We zetten hier wat vragen op een rij.

1. Waar staat de regenboog?
Regenbogen zie je met je rug naar de zon. Voor je uit valt regen, meestal uit een bui. Het zonlicht valt op de regendruppels, waarvan sommige prachtige kleuren aannemen. Die druppels moeten zich dan wel precies in de goede richting bevinden; de richting hangt af van de stand van de zon. Gezamenlijk vormen de talrijke druppels een kleurrijke boog die bij voldoende vrij uitzicht met zijn beide 'benen' op de grond, de horizon staat.

2. Hoeveel kleuren heeft een regenboog?
Die vraag is moeilijker dan hij lijkt. Natuurlijk heb ik gehoord van 'de zeven kleuren van de regenboog', maar als ik ze voor de vuist weg probeer op te noemen kom ik vaak niet verder dan zes: rood, oranje, geel, groen, blauw en paars. Dat is overigens al een stuk verder dan heel wat middeleeuwse religieuze schilders, die een regenboog vaak met slechts drie kleuren neerzetten. Het heilige getal drie stond symbool voor de gevoelens van pracht en volmaaktheid die de regenboog oproept. Zeven is een ander heilig getal. De Engelse natuurkundige Newton - bekend van de uit een boom vallende appel, die hem op het idee van de aantrekkingskracht tussen hemellichamen bracht - stelde het aantal regenboogkleuren om die reden vast op zeven. Tussen blauw en paars werd indigo gevoegd, om het aantal op zeven te brengen.
Als je buiten in de vrije natuur of binnen op de foto regenbogen bekijkt, valt het niet mee de kleuren te tellen of afzonderlijke kleurbanen te onderscheiden. De kleuren verlopen geleidelijk en dat gaat niet altijd op dezelfde manier.
Sommige regenbogen vertonen - naast de zeven kleuren van Newton - kleurherhalingen in roze, groene en violette tinten. Deze zijn in het hoogste punt van de boog doorgaans beter zichtbaar dan in de rechtopstaande delen. Men noemt die extra kleurenbanden de overtallige bogen.

3. Hoe ontstaat een regenboog?
Regenbogen ontstaan als zonlicht op waterdruppels invalt. Het licht vervolgt zijn reis door de druppels heen en verandert daarbij in drie stappen van richting. De totale richtingverandering hangt af van de hoek waaronder het zonlicht op de druppels invalt. Relatief veel licht ondergaat eenzelfde richtingverandering en wordt daarbij als het ware gefocust op eenzelfde gebied aan de hemel. Daar ontstaat dan een lichtsterke band, zoals bijvoorbeeld te zien is op de zwart-witfoto's van regenbogen (zet om de zwart-witfoto's te zien je muis op de foto).
In de druppels treedt de grootste richtingverandering op aan de achterzijde, waar het zonlicht weerkaatst wordt. Kleiner zijn de richtingveranderingen die zich voordoen bij het binnengaan en verlaten van de waterdruppel, maar daarbij treedt wel kleurschifting op. Kleurschifting houdt in dat de richtingverandering van het zonlicht afhangt van de kleur. In de praktijk wordt de rode component van het zonlicht aan de hemel iets minder ver van de zon af gefocust dan de paarse component. De rode baan van de regenboog zit daardoor het dichtst bij de zon, dus aan de relatief scherp begrensde, bolle buitenkant. De waterdruppels verleggen de koers van het paarse licht het sterkst; het paars zit dus het verst van de zon weg, aan de wat diffusere binnenkant van de boog.

4. Waarom een boog?
De regendruppels die zich op de plek bevinden van waaruit ze kunnen bijdragen aan de vorming van de regenboog door het zonlicht met de door natuurwetten vastgelegde richtingverandering naar het oog van een waarnemer te sturen, liggen op een cirkel. Als de zon boven de horizon staat, bevindt meer dan de helft van die cirkel zich ónder de horizon. Regen onder de horizon kunnen we niet zien; daardoor kunnen we daar ook geen regenboog zien en blijft de boog beperkt tot slechts een deel van een cirkel. De volledige cirkel of het gedeelte onder de horizon is alleen in zeldzame gevallen te zien vanaf een bergtop of vanuit een vliegtuig.

5. Hoe ver staat de regenboog weg?
Alle druppels die zich bevinden in de richting waarin we de regenboog zien, helpen mee aan de vorming van de boog. Als de regen vlakbij zit, zit de regenboog dus ook dichtbij. De ene keer zie je een regenboog dan ook doorlopen voor huizen of bosranden langs, terwijl de boog in andere gevallen erachter schuilgaat.
Naar de regenboog toelopen, heeft weinig zin. Dat verhaal van die pot met goud is gelogen en terwijl we naar de regenboog proberen toe te lopen, beweegt hij met ons mee, zodat we hem nooit bereiken.

6. Wat is de beste tijd van de dag voor het spotten van regenbogen?
Regendruppels gedragen zich elk uur van de dag hetzelfde; steeds zullen ze invallend zonlicht op dezelfde manier afbuigen. Als de zon opkomt en op de horizon staat, bevindt het middelpunt van de regenboog zich eveneens op de horizon. Naarmate de zon in de loop van de ochtend hoger komt, zakt tegelijkertijd het middelpunt van de regenboog verder onder de horizon weg. Daarbij komt ook de bovenkant van de boog steeds lager te staan. Op een gegeven moment verdwijnt de regenboog helemaal onder de horizon.
's Zomers is de kans op het zien van een regenboog midden op de dag dus niet zo groot. Verder is de kans op een bui in de middag, als de zon het aardoppervlak heeft verhit en er stapelwolken zijn ontstaan, groter dan in de ochtend. De combinatie van zonneschijn en regen zul je dus het vaakst aantreffen later in de middag of in het begin van de avond.
Regenbogen zie je soms ook op de nadering van een warmtefront of een ander regengebied. Dan is de vroege ochtend het meest voor de hand liggende waarnemingstijdstip. De regen verplaatst zich veelal van west naar oost en de regenboog is dan alleen te zien als de vroege ochtendzon nog onder de opdringende bewolking door schijnt.

7. Waarom reist de regenboog altijd met je mee?
Als je een regenboog ziet vanuit een rijdende trein of auto, reist de boog mee op dezelfde manier als je schaduw meebeweegt.. Dat komt doordat ook de zon meereist en de plaats van de boog wordt bepaald door de posities van de waarnemer en de zon. Als het op plaatsen waar je een regenboog kunt verwachten, niet meer regent, verdwijnt de boog en reist hij niet langer mee.

8. Kun je meer regenbogen tegelijk zien?
Er is maar één regenboogverschijnsel, maar toch kun je meerdere bogen tegelijk zien. Dat komt onder andere doordat het volledige natuurverschijnsel naast de 'gewone' regenboog of de hoofdboog nog meer kenmerken heeft. Zo is er als de hoofdboog erg lichtsterk is, meestal een tweede regenboog te zien, de zogeheten bijregenboog. Deze bijboog is groter en staat dus buiten de hoofdboog. De volgorde van de kleuren is tegengesteld; de rode randen van de beide bogen wijzen daardoor naar elkaar toe. Een verder kenmerk van het volledige regenboogverschijnsel is de donkere hemel tussen de bogen in en de lichte tint van de hemel aan de binnenzijde van de hoofdboog en, in mindere mate aan de buitenzijde van de bijboog.
Meer regenbogen kun je ook krijgen als er een extra lichtbron is: een zon, weerspiegeld in een rimpelloos wateroppervlak. De regenbogen die dan ontstaan, zijn groter dan de 'gewone' regenboog, de kleurenvolgorde is dezelfde en de beide bogen vallen op de horizon samen en staan dus als het ware op hetzelfde punt in de verte.
Tenslotte zie je soms een in water weerspiegelde regenboog; ook dat is een andere boog dan de 'gewone'. De druppels die de boog vormen die je in het water weerspiegeld ziet, zijn namelijk andere dan de druppels die bijdragen aan de 'gewone' regenboog. Het kan zelfs gebeuren dat je de weerspiegelde boog wél ziet en de 'gewone' regenboog niet.

9. Zien verschillende mensen dezelfde regenboog?
Elke regenboog is uniek. Daarom zien jij en iemand anders, waarmee je tegelijkertijd een regenboog bewondert, niet altijd exact hetzelfde verschijnsel. De druppels die de boog vormen, zijn niet precies dezelfde en je gezichtshoek is ook net iets anders. Er kunnen er verschillen optreden in de grootte en de breedte van de regenboog en de mate waarin de verschillende kleuren en de overtallige bogen vertegenwoordigd zijn. Verder kan tijdens een bui het aanzien van een boog veranderen.
Soms ziet de een de regenboog wel en de ander niet. Dat kan als een van beiden een polaroid zonnebril opheeft. Het regenbooglicht is namelijk gepolariseerd. Afhankelijk van de stand van de polaroid zonnebril en van het gedeelte van de regenboog, treedt versterking of verzwakking van het verschijnsel op.

10. Zijn er ook regenbogen zonder regen?
De naam regenboog suggereert dat regen een voorwaarde is. In de praktijk blijkt dat niet het geval. Het gaat om de aanwezigheid van bolvormige waterdruppeltjes. Deze kunnen afkomstig zijn van regen, maar fonteinen en beregeningsinstallaties in de landbouw leveren vergelijkbare druppels. Ook bij watervallen kun je bij zonnig weer op zoek gaan naar regenbogen. Regen is dus niet nodig.
Soms komen er meldingen van regenbogen bij zonnig weer zonder regen en zonder dat er sprake is van watervallen of fonteinen. Meestal gaat het dan om de zogeheten circumzenitale boog, een kleurrijk haloverschijnsel dat zich voordoet in de ijskristallen van dunne sluierbewolking. De boog is een deel van een cirkel rond het zenit, het punt aan de hemel recht boven je.

11. Zijn er ook regenbogen zonder zon?
De zon is de belangrijkste lichtbron, maar ook andere lichtbronnen zijn geschikt. Met wat geluk kun je een enkele keer een regenboog zien in maanlicht. De boog is uiteraard lichtzwakker dan bij zonlicht. Doordat ons oog bij weinig licht minder gevoelig is voor kleur, is de maanregenboog doorgaans ook minder kleurrijk. Voor geslaagde foto's van het verschijnsel geldt dat natuurlijk niet.
Regenboogeffecten heb ik ook wel gezien bij kunstmatige lichtbronnen: de lichtbundels van vuurtorens.


Regenboog bij maanlicht. Foto: Martin Mc Kenna	Regenboog bij maanlicht. Tevens is Venus zichtbaar. Foto: NN.	Regenboog bij maanlicht. Victoria watervallen, Zambia. Bron: Ask.com

12. Zijn er ook regenbogen zonder kleur?
Ik ben geneigd om te zeggen van niet, maar niet iedereen zal het met me eens zijn. Vaak wordt de mistboog of de wolkenboog opgevoerd als een regenboog. De gang van het zonlicht is vergelijkbaar met die bij de vorming van een 'echte' regenboog. Doordat de mist- en wolkendruppeltjes veel kleiner zijn dan de regendruppels, vervloeien en vervagen de kleuren en overlappen ze elkaar, zodat er slechts een wat kleinere, grijzige band overblijft.
Regenbogen bij laagstaande zon hebben soms erg weinig kleur. De regenboog is dan net als het op de regendruppels invallende zonlicht, rood.

Rode regenboog bij laagstaande zon, Wimmenum, Egmond aan den Hoef (wisselbeeld).	Wolkenboog. Foto: Peter de Vries.	Mistboog, waargenomen in de omgeving Middelburg. ©2003 Edwin Parée
Rode regenboog bij laagstaande zon, Cambridge, Canada. Bron: Weather Underground.

Meer vragen?
Lees dan een van mijn artikelen uit Natuur en Techniek of uit Zenit, of maak zelf je keuze uit het overzicht van regenboogartikelen.
Bijlage: Zelf regenbogen onderzoeken. (Bron: http://profhorn.aos.wisc.edu/wxwise/rainbows/rainbows.html)

Aanvullingen

13. Hoe groot en hoe breed is de regenboog?


Regenboog en maan. De lichtbron voor de regenboog is de zon! Foto: EPOD/Tamas Ladanyi.	Regenboog en maan. De lichtbron voor de regenboog is de zon! Foto: NN.	Regenboog en maan. De lichtbron voor de regenboog is de zon! Foto: Blaine Farnsworth

De dikte van een vinger van 2 centimeter diameter aan een gestrekte arm van 60 centimeter komt overeen met ongeveer 2 booggraden. De dikte van de hoofdregenboog is in dit voorbeeld dus ongeveer 2 booggraden.	De diameter van de regenboog bedraagt 2* 42 graden. Als het regengordijn zich op 1 kilometer afstand bevindt is de diameter van de boog ongeveer 1800 meter.

De dikte van een vinger van 2 centimeter diameter aan een gestrekte arm van 60 centimeter komt overeen met ongeveer 2 booggraden. Ter vergelijking: de diameter van de zon en van de maan is ongeveer een halve graad. De dikte van de hoofdregenboog kan variëren, maar is in de voorbeelden hierboven dus ongeveer 2 booggraden.
De straal van de regenboog is 42 graden. Als het regengordijn zich op 1 kilometer afstand bevindt is de diameter van de boog ongeveer 1800 meter.

14. Zijn er ook regenbogen in de woestijn?
Vrijwel nooit, omdat het er weinig regent en de zon hoog staat. Maar als er daar toch een buitje valt, waarom niet? (Zie onder).


Regenboog in de woestijn, oase Merzouga, Sahara, Marokko. Foto: EPOD/Heidi Needham	Regenboog in de woestijn, Jordanië. Foto: Kees Floor.


In water weerspiegelde regenboog, Molenpolder, Tienhoven. Foto: Kees Floor.	Regenbogen bij weerspiegelde zon. De weerspiegeling van de zon in rustig water treedt op als lichtbron voor de twee ongebruikelijke bogen. Locatie; Myvatn, IJsland. ©2001 Edwin Parée.	Regenbogen, regenbogen bij weerspiegelde zon en weerspiegelde regenboog. Foto: Terje O. Nordvik.

Regenboog en regenbogen bij weerspiegelde zon in de buurt van Spitsbergen. Foto: Nicola Boll.


Regenboog boven natuurgebied Ham en Crommenije, Uitgeest. Zet je muis eens op deze en de andere regenboogfoto's om te zien hoe een regenboog eruit ziet in zwart-wit.	Bui en regenboog in het Nationaal Park Volcán Rincón de la Vieja, provincie Guanacaste, Costa Rica. De zon staat achter de fotograaf boven de vulkaan. De boog staat met beide benen op de horizon. Doordat de zon al wat hoger staat, is de regenboog aanzienlijk kleiner dan een halve cirkel. Gelukkig stond de zon niet zo hoog dat de regenboog helemaal onder de horizon verwenen was. Het rood zit aan de buitenkant van de boog, het blauw en paars aan de binnenkant. Het rechterbeen van de boog bevindt zich dichterbij dan de bergen erachter; iets moeilijker is te zien dat ook het linkerbeen voor de bomen in de verte langsloopt. Binnen de boog heeft de hemel een helderder tint dan daarbuiten. Vaag is ook een tweede regenboog te zien.	Regenboog, De Bilt (meer regenboogfoto's)


Regenboog te Katwijk met overtallige bogen. Foto's: Theo Westra (www.picturetrail.com/theowestra).		Regenboog, De Bilt.


De regenboog reist altijd met je mee.	Als de omstandigheden geschikt zijn, kun je de regenboog zien als een volledige cirkel.


Regenboog, 't Zegevelder Zicht, Wimmenummer Duinen, Egmond aan den Hoef.	Regenboog, omgeving Volcán Rincón de la Vieja, Guanacaste, Costa Rica.	Circumzenitale boog, een kleurrijk verschijnsel, maar geen regenboog. Het haloverschijnsel ontstaat in ijskristallen van de bewolking van de melklucht (cirrostratus) en heeft de vorm van een boog rond het zenit.