KeesFloor, Zenit, februari 2010. (meer regenboogartikelen)

Iedereen kent de regenboog. Toch zijn er nog vaak verrassingen, zowel bij de manier waarop het verschijnsel zich voordoet, als bij de verklaring ervan.

'Als de zon schijnt op een "gordijn" van regen en we zelf met de rug naar de zon toe staan, zijn de omstandigheden geëigend voor het optreden van een kleurrijk natuurverschijnsel: de regenboog. De zeven spectrale kleuren laten niet na een verpletterende indruk achter te laten op degenen die dit meest bekende effect uit de meteorologische optica waarnemen, bewonderen en ervan genieten.' Ook al lijkt het opschrijven van beide voorgaande zinnen op het intrappen van een open deur, toch is de informatie deels onjuist en anders wel onvolledig. Er valt zeker het een en ander op af te dingen, zoals we hieronder zullen zien.

1. (muis naast beeld). Het regenboogverschijnsel omvat meer dan alleen maar de 'gewone' regenboog of hoofdregenboog. Vaak is ook de grotere, maar lichtzwakkere bijregenboog zichtbaar, evenwijdig aan de hoofdboog maar met een tegengestelde kleurenvolgorde. De hemel tussen de beide bogen is relatief donker; men noemt dit gebied de donkere band van Alexander. Binnen de hoofdregenboog is de lucht lichter; minder duidelijk is dat ook aan de buitenzijde van de bijregenboog het geval. In uitzonderlijke situaties zijn er meer dan twee regenbogen te zien. Dat is bijvoorbeeld het geval als een regenboog wordt weerspiegeld in water. Op deze foto is niet alleen de weerspiegeling van de hoofdboog in water te zien, maar ook die van de bijregenboog. Aan de voet van de hoofdregenboog ontspringt een vijfde regenboog: de regenboog bij weerspiegelde zon. De weerspiegeling van de zon in het spiegelgladde oppervlak van een meer achter de waarnemer of fotograaf, fungeert als lichtbron voor deze vijfde regenboog. Ook van deze regenboog bij weerspiegelde zon is een spiegelbeeld in het water zichtbaar, zodat het totaal aantal regenbogen op zes komt. Het maximaal haalbaar aantal regenbogen bedraagt acht; dan moeten ook de bijregenboog bij weerspiegelde zon en de weerspiegeling daarvan in water zichtbaar zijn. In dit geval waren deze bogen niet aanwezig of te lichtzwak om ze te kunnen waarnemen of op de foto vast te leggen. (Foto: Terje O. Nordvik). 6. (muis op beeld). De regenboog is niet alleen een kleureffect, maar ook een helderheidseffect. Dat is te zien op zwart-witopnamen van het kleurrijke natuurverschijnsel. Deze figuur toont met de muis op het beeld de zes regenbogen van figuur 1 in zwart-wit. Ook veel andere figuren op deze pagina zijn op dezelfde manier gekoppeld aan het bijbehorende zwartwitbeeld.(Foto: Terje O. Nordvik).	2. Stralengang van het zonlicht bij de vorming van een regenboog. Het witte zonlicht valt in op de regendruppel (linksboven) en wordt daarbij gebroken. De breking hangt af van de kleur: rood licht wordt minder gebroken dan violet licht. Daardoor treedt er kleurschifting op. Het licht weerkaatst tegen de achterzijde van de regenboog om vervolgens aan de voorzijde de druppel weer te verlaten. Bij het uittreden van het licht uit de regendruppel treedt verdere kleurschifting op. Wanneer we één lichtstraal bekijken, is het witte zonlicht uiteengerafeld in de spectrale kleuren. In werkelijkheid treden er talloze invalshoeken op met elk een eigen richtingverandering. Daardoor overlappen de kleuren en zijn deze in de resulterende regenboog niet meer zuiver spectraal. (Bron: Wikimedia).	3. (middenboven) Regenbogen zijn niet alleen te zien in regendruppels, maar ook in bijvoorbeeld de waterdruppels bij watervallen. Meestal zien we een boog en geen volledige cirkel. Dat komt doordat er zich niet overal op de cirkel door de zon beschenen waterdruppels bevinden. Vaak is ook de horizon de onderste begrenzing van een regenboog. In speciale gevallen, zoals in de bergen of vanuit de lucht, is wel een (min of meer) volledige kleurencirkel te zien. In dit geval werd een groot deel van de regenboogcirkel in beeld gebracht. (Foto: Jan Parker).

Hoezo regen?
De regenboog ontleent zijn naam aan de regen waarin we hem zien. Maar bij de verklaring van het verschijnsel blijkt de regen niet van belang. Wel zijn ronde, doorzichtige bolletjes nodig, zoals bijvoorbeeld waterdruppels. Het zonlicht dat hierop invalt, plant zich na breking aan het druppeloppervlak voort door de druppel, wordt weerkaatst tegen de achterzijde en komt tenslotte aan de voorzijde weer naar buiten, waarbij opnieuw breking optreedt (figuur 2).
De waterdruppels kunnen afkomstig zijn van regen of een bui, maar ook van watervallen (figuur 3), fonteinen, planten- of tuinsproeiers en beregeningsinstallaties (zie Zenit april 1992 en mei 2008). Het voorkomen van de term regen in de doorzichtige samenstelling 'regenboog', maakt haar dus eigenlijk minder doorzichtig.
Soms is de regenboog ook te zien op verkeersborden die in de zon staan. In dit geval wordt hij gevormd in de glazen bolletjes die gebruikt worden om verkeersborden in het donker beter zichtbaar te doen zijn als het licht van koplampen erop schijnt.

3a. Regenboogkleuren in de glazen bolletjes van een verkeersbord.	4. Regenboog bij maanlicht. Net als de zon kan ook de maan fungeren als lichtbron. Doordat het maanlicht in feite indirect zonlicht is, zijn de kleuren dezelfde. Bij zwak licht is het menselijk oog minder gevoelig is voor kleur. Daardoor lijkt een maanregenboog vaak minder kleurrijk, al hoeft dat in werkelijkheid niet zo te zijn. Foto's van maanregenbogen zijn vaak te herkennen aan de aanwezigheid van sterren, straatverlichting of verlichte gebouwen. (Foto links: NN; rechts: Chris Walker).

Hoezo zonlicht?
Meestal zien we een regenboog die gevormd is uit zonlicht. Andere lichtbronnen kunnen echter ook regenbogen genereren. Af en toe fungeert de volle maan als lichtbron (figuur 4). De kleuren van de maanregenboog zijn dezelfde als die van een 'gewone' regenboog. Dat is niet verwonderlijk, want het maanlicht is indirect afkomstig van de zon. Wel is het licht van de maan lichtzwakker. Onder omstandigheden met weinig licht is ons oog minder gevoelig voor kleuren. Daardoor is de maanregenboog voor het oog vaak minder kleurrijk. Op foto's is daarvan overigens weinig te merken; de maanregenboog is daarop net zo goed zichtbaar en even kleurrijk als de regenboog uit zonlicht. Dat een maanregenboog inderdaad bij maanlicht is gefotografeerd, blijkt doorgaans uit de begeleidende tekst en uit de aanwezigheid op de foto van sterren, planeten, straatverlichting of gebouwen waarin licht brandt.
Naast zon en maan zijn ook andere lichtbronnen mogelijk. Zo zag ik ooit regenbogen in de lichtbundels van de vuurtorens van Vlieland en Terschelling (zie Zenit juli/augustus 1978). Door het relatief weinige licht en de in de vergelijking met de zon rode tint van de lichtbron, waren er weinig kleuren te zien; alleen het rood was duidelijk te onderscheiden. Dat gold overigens alleen voor de gloeilamp van de Brandaris op Terschelling; de kwiklamp van Vlieland liet geen roodkleuring toe en de regenboog bleef er beperkt tot een lichte vlek.

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

Hoezo kleurrijk?
In het voorgaande zagen we reeds dat een regenboog 's nachts bij het relatief zwakke licht van de maan of van een vuurtoren, voor het oog weinig kleurrijk lijkt. Er zijn echter ook regenbogen van zonlicht die weinig kleur tonen. Dat is bijvoorbeeld het geval bij zeer lage zonnestanden. De zon heeft dan een rode tint en het is net alsof hij alleen nog rood licht uitzendt. De kleurschifting die bij hogere zonnestanden het zonlicht in de spectrale kleuren uiteenrafelt, heeft dan geen zichtbaar effect meer. Er vormt zich een rode regenboog (figuur 5).
Een regenboog is niet alleen een kleureffect, maar ook een helderheidseffect. Dat is te zien op zwart-witbeelden (figuur 1/6 en overige beelden met muis op beeld). Daarop is het verschijnsel gemakkelijk terug te vinden als een lichtgetinte boog. De hemel aan de binnenzijde van de boog is helderder dan aan de buitenzijde, iets wat in kleur overigens eveneens het geval is.
Vaak wordt de mistboog of de wolkenboog opgevoerd als een regenboog (figuur 7). 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.

Rode regenboog bij laagstaande zon, Cambridge, Canada. Bron: Weather Underground.	5. (rechtsboven) Bij laagstaande zon neemt de doorgaans kleurrijke regenboog de gedaante aan van een rode regenboog. Op het rood na zijn dan alle kleuren door verstrooiing uit het oorspronkelijk witte zonlicht verdwenen tijdens de lange weg die het licht onder die omstandigheden door de atmosfeer aflegt. Links op de foto is ook een rode bijregenboog zichtbaar. (Foto: Kees Floor).	Hoofdregenboog vanuit een vliegtuig. We zien de onderste helft van een kleurencirkel. Buiten de boog is de hemel donkerder dan aan de binnenzijde. (Foto: Maaike Floor). (groter).

Hoezo 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 achter de horizon kunnen we meestal niet zien; daardoor kunnen we daar ook geen regenboog waarnemen 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, vanuit een vliegtuig of bij een andere gunstige waarnemingslocatie. (figuren 3 en 8).

De regendruppels die kunnen bijdragen aan de vorming van een regenboog, liggen op cirkels, die gezamenlijk een kegeloppervlak vormen. Het gedeelte onder de horizon kunnen we doorgaans niet zien.	De regendruppels die kunnen bijdragen aan de vorming van een regenboog, liggen op cirkels, die gezamenlijk een kegeloppervlak vormen. Bij een gunstige waarneempositie is soms de hele cirkel te zien.	Vanuit een vliegtuig kan onder gunstige omstandigheden een volledige ronde regenboog gezien worden.

De overbekende boog is overigens slechts een deel van het volledige regenboogverschijnsel, zij het wel het meest opvallende. Kenners spreken van de hoofdregenboog. Van tijd tot tijd is naast deze hoofdboog een grotere, lichtzwakkere tweede regenboog te zien. De kleurenvolgorde is bij deze zogeheten bijregenboog of secundaire boog tegengesteld aan die van de hoofdboog. De rode binnenrand van de bijregenboog is dus gekeerd naar de rode buitenrand van de hoofdboog. Tussen de beide bogen in is de hemel relatief donker: de donkere band van Alexander. Binnen de hoofdboog en buiten de bijregenboog is de hemel juist helderder dan normaal. Beide bogen, de donkere band van Alexander en de lichte gebieden aan de hemel binnen de hoofdboog en buiten de bijboog zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden; gezamenlijk vormen ze het volledige regenboogverschijnsel.
Zeer incidenteel kunnen meer dan twee bogen worden waargenomen. Het gaat dan om een in water weerspiegelde regenboog of om een regenboog waarbij de weerspiegeling van de zon in een glad wateroppervlak achter de waarnemer als lichtbron fungeert. De uiterst zeldzame combinatie van al deze verschijnselen is te zien op figuur 1.

7. Een mistboog is verwant aan de regenboog, maar is iets kleiner en heeft geen kleur. De mistboog ontstaat in wolken- of mistdruppeltjes, die veel kleiner zijn dan regendruppels. Ook hierbij geldt dat het complete verschijnsel een volledige cirkel omvat. (Foto: Mila Zinkova).	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.

Hoezo zeven
Ook ik heb natuurlijk 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. Op kindertekeningen zijn de kleurenbanden van de regenboog vaak van elkaar gescheiden door een zwarte lijn. Dat maakt het tellen een stuk gemakkelijker, maar doet wel de werkelijkheid geweld aan.
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 (figuur 8).

(Foto: Theo Westra).

(Foto: Walt K./Flickr).

(Foto: Listentoreason/Flickr).

8. Regenbogen met overtallige bogen.

Hoezo spectraal?
De kleuren van de regenboog ontstaan doordat er bij het invallen en uittreden van licht dat bij de vorming van de regenboog betrokken is, kleurschifting optreedt. Daarbij wordt vaak de suggestie gewekt dat 'regenboogkleuren' hetzelfde is als 'spectrale kleuren'. Wanneer we in de verklaring van het regenboogverschijnsel slechts een lichtstraal betrekken, zoals in figuur 2, dan is dat inderdaad het geval. In werkelijkheid vallen er talloze lichtstralen op de regenbundel in, met elk een eigen invalshoek (figuur 9). De richtingverandering die optreedt, de zogeheten deviatie, hangt af van die invalshoek op een manier zoals aangegeven in figuur 10. De deviatie toont een minimum van 138 graden voor rood licht. Doordat relatief veel licht ongeveer volgens de minimumdeviatie afbuigt, kunnen de kleurenbanden zichtbaar worden. Toch blijft er overal binnen de rode band rood licht aanwezig, overal binnen het oranje zit nog wat oranje enzovoort. Gezamenlijk veroorzaakt al het licht dat meer van richting verandert dan de minimumdeviatie, de heldere tint van de hemel aan de binnenzijde van de boog.

9. Stralengang door een regendruppel met een inwendige terugkaatsing (hoofdregenboog) en met twee inwendige terugkaatsingen (bijregenboog. Gebruik de schuif rechtsonder om de hoek van inval te variëren. De minimumdeviatie is 137,5 graden.(groter). Bekijk ook deze animatie.	10. Verband tussen invalshoek van het zonlicht op een regendruppel en de richtingverandering of deviatie die het licht ondergaat

Conclusies
Regenbogen zijn niet alleen te zien in regen; ook bij onder andere watervallen, fonteinen en beregeningsinstallaties zijn ze geregeld waar te nemen.
Meestal fungeert de zon als lichtbron, maar noodzakelijk is dat niet. Ook de maan of een felle lamp kan als lichtbron optreden.
Meestal zijn regenbogen kleurrijk, maar bij laagstaande zon of in mist is dat niet langer het geval. Bij lage zonnestand is de regenboog rood; een mistboog is wit.
De boog die we zien is een deel van een cirkel; bij een gunstige waarneempositie is soms een volledige cirkel zichtbaar. De regenboog omvat meer dan alleen de zogeheten hoofdboog; ook de bijregenboog, de donkere band tussen de beide bogen en de lichtere gebieden binnen de hoofdboog en buiten de bijboog zijn op te vatten als onlosmakelijk onderdeel van het complete regenboogverschijnsel. In uitzonderlijke gevallen zijn er in waterrijke gebieden meer bogen te zien.
De kleuren van de regenboog lopen in elkaar over; daardoor is het 'juiste' aantal kleurenbanden niet te bepalen. De kleuren overlappen elkaar, zodat we niet de zuivere spectrale kleuren zien, behalve misschien aan de rode buitenrand.