Majestatyczna i widowiskowa, a zarazem ulotna i prywatna. Obejmuje połać nieba, a przecież istnieje tylko w jednym punkcie. Tęcza – każdy z nas widzi ją inaczej.
Seledynowe pagórki rażą jaskrawością, w tle gęstnieje ołowianoszare niebo. Na pierwszym planie na trawie przysiadły dwie żebraczki. Jedna dopiero co odwróciła głowę, spoglądając przez ramię za siebie. Tam, nad pobliskimi zabudowaniami, rozpina się podwójna tęcza. Druga ma oczy zamknięte, brodę lekko uniesioną – jakby nasłuchując czegoś w oddali, jednocześnie ostentacyjnie nie chcąc widzieć kolorowego zjawiska. Tajemnicę zdradza dopiero tytuł obrazu Johna Everetta Millais: Niewidoma dziewczyna.
Świecące jakby zza obserwatora słońce ogrzewa twarz niewidomej. Dziewczyna jest spokojna – jedną dłonią przeczesuje miękką trawę, w drugiej ściska dłoń swojej towarzyszki. Wyrazu twarzy tamtej nie widzimy, choć domyślamy się, że maluje się na niej zachwyt, ale może też i strach – przed burzowymi chmurami, na których tle objawiła się tęcza. Zanurzenie się w pozbawionej światła przyrodzie z jednej strony i fascynacja gwałtownym pogodowym spektaklem z drugiej – patrząc na obraz, mimowolnie zastanawiamy się, które z tych doświadczeń pozwala „zobaczyć” więcej. Millais udziela na to pytanie swojej odpowiedzi: po bliższym przyjrzeniu się zobaczymy zawieszoną na szyi żebraczki tabliczkę z napisem: „Zlituj się nad niewidomą”.
Dwa łuki
Sprawne oko szybko wychwyci malarską precyzję. Opierająca się na dachach wsi tęcza widnieje po przeciwnej stronie nieba niż kierunek, z którego świeci słońce – dokładnie tak, jak powinno być. Jest ona podwójna; w istocie niemal każdej tęczy towarzyszy nikła, bledsza kopia. Zewnętrzny łuk na obrazie Millais ma kolejność kolorów odwróconą w stosunku do łuku wewnętrznego, zupełnie jak w rzeczywistości. Co ciekawe, artysta początkowo namalował obie tęcze w ten sam sposób: górne krawędzie ich łuków były czerwone. Zmianę wprowadził później, by samo zjawisko optyczne przedstawić poprawnie z fizycznego punktu widzenia.
W obrazie Millais jest jednak coś jeszcze, z czego zdamy sobie sprawę dopiero wtedy, gdy zastanowimy się nad tym, jak naprawdę powstaje tęcza. Kolorowy łuk na obrazach i w tekstach pojawia się często jako coś namacalnego, skonstruowanego z tajemniczego świetlistego materiału. Tak jest w mitologii greckiej, gdzie tęczę rozpina bogini Iris, podobnie w legendach nordyckich, gdzie tęcza jest mostem strzeżonym przez Heimdalla, prowadzącym do siedziby bogów – Asgardu. Jednak tęcza de facto nie jest fizycznym obiektem, lecz projekcją tworzoną przez światło uginane i rozszczepiane na kroplach wody unoszących się w powietrzu. Konkretną tęczę widzi więc tylko jedna osoba i tylko do jej oczu trafiają promienie światła rozpościerające łuk. Ktoś stojący obok nas wprawdzie również go zobaczy, ale już nieco inny, lekko przesunięty w przestrzeni, być może o trochę innym zabarwieniu lub intensywności. Tęcza z Niewidomej dziewczyny jest „widziana” przez nas jako obserwujących całą scenę. Oznacza to, że odwrócona od nas towarzyszka niewidomej widzi tęczę inną, swoją własną. Taką, której nie zobaczymy nigdy, bo musielibyśmy stać się ową dziewczyną, wejść w obraz, porzucić rolę obserwatora.
Tęcza osobista
Idea „własnej” tęczy przez długi czas wydawała mi się czymś zupełnie abstrakcyjnym. Trudno zaakceptować fakt, że „struktura” o rozmiarach tęczy, spinająca niebo z ziemią, może być czymś efemerycznym, w zasadzie nie bardziej realnym od świetlnego „zajączka” rzucanego przez drgające lusterko na płaszczyznę ściany. Mimo swoich pozornych rozmiarów tęcza jest ulotnym mirażem, wypadkową wchodzących w interakcję dwóch składników: światła i zawartej w atmosferze wody – jego piękno jest zarezerwowane tylko dla jednego widza.
Z fascynującą oczywistością tę właściwość tęczy uświadomiłem sobie podczas pewnego późnopopołudniowego lotu z Monachium do Krakowa. Obniżając pułap pod koniec podróży, samolot przeciął warstwę spiętrzonych cumulonimbusów i wleciał w gęstniejący deszcz odrywający się od podstawy chmury – a wszystko to w jaskrawopomarańczowym blasku zachodzącego słońca.
Od tej chwili braliśmy udział w spektakularnym eksperymencie fizycznym pokazującym, jak wygląda tęcza, kiedy jej obserwatorzy nie mają pod stopami gruntu, który zwykle zasłania jej dolną połowę. Tak – tęcza ma drugą połowę. Z reguły jednak dla nas niewidoczną, bo przeszkadza nam w jej obserwacji ziemia, po której stąpamy. Kompletna tęcza jest doskonałym kołem, wyśrodkowanym na osi łączącej nasze oko ze Słońcem. I taka właśnie ukazała się moim oczom (i każdej innej parze oczu wyglądającej podczas tamtego lotu przez okno samolotu, każdej oczywiście nieco inna).
Zbliżające się do horyzontu za naszymi plecami słońce było już żółtopomarańczowe, a nie białe, więc tęcza nie miała swojej zwyczajowej wielobarwności. Odfiltrowane ze słonecznego światła kolory zimne – niebieskie, fioletowe – nie były w niej widoczne, ale całość i tak wyglądała spektakularnie. Dookoła dziobu samolotu objawiła się rozjarzona aureola, kompletny okrąg malowany czerwienią, żółcią i delikatnymi pociągnięciami zieleni. Ponieważ tęcza ta była moja, osobista, prywatna, frunęła wraz ze mną i całym samolotem. Choć w każdej sekundzie wydawało mi się, że przelecimy przez nią jak przez wielkie hula-hoop, okrąg trwał perfekcyjnie nieruchomo przed dziobem maszyny i towarzyszył nam niemal do samego lądowania, kiedy to jego dolną połowę wchłonął pas startowy, który wsunął się nagle pod zniżający się samolot.
Z kropli do oka
Nawet tylko połówkowa, tęcza zawsze robi kolosalne wrażenie. Wiele też wiąże się z nią nieporozumień. Powszechnie uważa się, że abyśmy mogli ją ujrzeć, musi padać deszcz i świecić słońce. W uproszczeniu to prawda: poza promieniami słonecznego światła do powstania tęczy niezbędna jest rozpylona w atmosferze woda. Nie ma jednak gwarancji, że fenomen pojawi się od razu, gdy w deszczowy dzień zza chmur wychyli się słońce.
Zacznijmy od tego, że za powstanie tęczy nie odpowiadają krople wody zawieszone w powietrzu w o k ó ł nas, ale p r z e d nami. Stojąc w ulewie, raczej nie zobaczymy tęczy, nawet jeśli jednocześnie będzie oświetlać nas nieprzysłonięte chmurami słońce. Co innego jednak, gdy przed nami – nawet w sporej odległości – powietrze wypełni zawiesina drobnych kropel wody, czy to spadających z rzęsistym deszczem, czy rozpylonych w powietrzu przez wodospad lub fontannę.
Wpadając do każdej drobinki wody, światło ulega załamaniu i wewnętrznemu odbiciu, po czym (ponownie się załamując) wyfruwa z kropli wody i gna w kierunku obserwatora. Cały ten proces zachodzi w każdej z oświetlonych kropel, ale tylko niektóre z nich znajdują się w takim położeniu względem obserwującego zjawisko oka, że wpadają do niego, tworząc obraz świetlistego łuku. Ponieważ światło o różnej długości fali (a tym samym o różnym kolorze) załamuje się na granicy wody i powietrza pod nieco innym kątem, białe światło słoneczne ulega rozszczepieniu. Każda barwa wylatuje z kropli pod nieco innym kątem względem kierunku padania promieni słonecznych: od 40,5° dla fioletu do 42,4° dla czerwieni. Ta dość specyficzna kombinacja położenia Słońca i cząsteczek wody jest jednym z powodów, dla których tęczę widzimy najczęściej późnym popołudniem lub wcześnie rano. Słońce znajduje się wtedy nisko nad horyzontem – większe są więc szanse, że jego promienie oświetlą znajdujące się dokładnie przed nami kotłowisko kropelek wody.
Kolejną półprawdą jest niezbędność świecącego słońca w procesie powstawania tęczy. Pewnej lipcowej nocy sam poddałem to założenie niezamierzonemu testowi. Z grupą przyjaciół wybrałem się na nocne podsłuchiwanie sów w zadrzewieniach alpejskiej wioski Villa di Chiavenna na granicy Włoch i Szwajcarii. Księżyc niemal w pełni wisiał nisko nad krawędzią Alp. Kiedy eksplorując okolicę, dotarliśmy do niewielkiego wodospadu Acquafraggia, z zaskoczeniem zdałem sobie sprawę, że we mgle spowijającej opadającą wodę jarzy się nikła tęcza. Jej kolory były stłumione, jakby zimniejsze, ale widziałem najprawdziwszą tęczę – tyle że powstałą z blasku księżyca, a nie słońca.
Halo, tu światło!
Jeszcze ciekawsze efekty zaobserwujemy, gdy słońce lub księżyc świecić będą przez welon cieniutkich, delikatnych chmur zawieszonych tak wysoko w atmosferze, że składają się nie z wody, lecz z kryształków lodu. Należą do nich m.in. chmury z rodzaju cirrus oraz cirrostratus. Najczęściej nie zwracamy na nie uwagi – nie rzucają się zbytnio w oczy i niejednokrotnie wyglądają jak rzadka mgiełka lub białawe włókna snujące się po błękitnym niebie. Ponieważ jednak zbudowane są z maleńkich kryształów lodu o bardzo ściśle określonej, sześciobocznej symetrii, działają jak obłoki diamentowego pyłu – chmary maleńkich pryzmatów uginających światło w bardzo specyficzny sposób. Z fizycznego punktu widzenia tworzone przez nie zjawiska są równie „osobiste” jak tęcza. Dana osoba widzi obraz rzucany przez precyzyjnie wyselekcjonowane lodowe kryształy, dokładnie te, które uginają promienie słoneczne w kierunku konkretnego obserwatora. Z mariażu zmrożonej wody i światła powstaje jeden z najbardziej niezwykłych spektakli niebieskich: halo.
Halo to tak naprawdę nie jedno, ale kilka zjawisk. Najczęstszym i jednocześnie najłatwiejszym do przeoczenia jest halo 22° – okrąg światła o takim właśnie promieniu kątowym, powstający wokół Słońca lub Księżyca dzięki obecności chaotycznie rozrzuconych heksagonalnych kryształów lodu o budowie pałeczkowatej (podłużne, sześcioboczne graniastosłupy). Tego rodzaju halo często nie zauważamy, bo niejednokrotnie kryje się ono w oślepiającej poświacie. Warto jednak od czasu do czasu zerknąć na niebo, kiedy jego błękit lub czerń nocy przesłania cienka warstwa przejrzystych chmur. Zwłaszcza że halo to jednak nie jest tylko okrąg światła.
W najbardziej ekstremalnym przypadku zjawisko to może zamienić niebo w złowieszczy spektakl, kalejdoskop odbić, odblasków oraz świetlistych linii o trudnych do zrozumienia przebiegach i kształtach. Wszystko zależy od tego, jak woda – uwięziona w chmarach lodowych „diamentów” chmur pierzastych – ustawi się względem Słońca i obserwatora. Jeśli w chmurze fruwają mikroskopijne piramidki lodu, powstaje tzw. pierścień Bottlingera, owalne halo, przez które Słońce wygląda jak surrealistyczne oko. Płaskie lodowe płytki zorientowane poziomo względem obserwatora wywołają zjawisko tzw. słońc pobocznych – słabszych kopii właściwego Słońca. Położone po obu jego stronach i często ozdobione poziomymi „wąsami” były one w zamierzchłych czasach interpretowane jako wizje Golgoty (z wielkim krzyżem słońcem pośrodku i dwoma mniejszymi po bokach).
Z kolei zorientowane poziomo uporządkowane kryształy są odpowiedzialne za łuki Parry’ego, wklęsłe erupcje światła nad (lub rzadziej pod) okrężnym 22-stopniowym halo. Możliwych konfiguracji lodu, światła i prądów powietrza jest więcej, a kompletna lista świetlnych projekcji składa się na skomplikowany miraż rozjarzonych linii oraz przecinających się ścieżek. Trudno się dziwić, że w zamierzchłych czasach fenomeny takie traktowano jako zły omen, zapowiedź wielkich lub dramatycznych wydarzeń, boski znak czy wręcz preludium apokalipsy. Dziś wiemy, że halo są zwyczajnie zbiegiem kilku fizycznych okoliczności – choć wielu szczegółów zachodzących tam procesów wciąż nie znamy.
Widzenie na przełęczy Zawrat
Pewnego zimowego poranka, kiedy z dwójką towarzyszy wędrowaliśmy przez tatrzańską przełęcz Zawrat, wiejący z Doliny Pięciu Stawów wiatr porwał ze sobą kurzawę suchego śniegu i lodu. W mroźnym powietrzu chmura wody przeobrażonej w sześciościenne kryształki stworzyła najniezwyklejsze halo, jakie kiedykolwiek obserwowałem. Wiedziałem, że fenomeny tego rodzaju mogą powstawać nie tylko za sprawą wysokich chmur pierzastych, lecz także tzw. diamentowego pyłu (ang. diamond dust) – zawiesiny drobinek lodu nisko w atmosferze. Wtedy jednak w Tatrach było wszystko: mieniące się halo okrągłe, łuk Parry’ego, słońca poboczne, a nawet krąg parheliczny – pozioma linia światła, na którą nanizane było Słońce.
Najciekawszy w tym zjawisku nie był jednak jego fantastyczny przepych, ale to, jak bardzo było osobiste. Dwójka towarzyszących mi wspinaczy musiała nieźle się nagimnastykować, wyginając szyje, by wejść w moją linię widzenia i zobaczyć w takich samych detalach to, co widziałem ja. Chyba właśnie dlatego zjawiska optyczne na niebie zawsze wzbudzają we mnie jakąś niemożliwą do zmierzenia i nazwania tęsknotę. Bo przecież to bardzo poetyckie, że czysta, chłodna fizyka tak konstruuje świat, by tęcze, halo i górskie widma każdy z nas widział sam, osobiście. Można wręcz powiedzieć, że w tym przypadku fizyka popycha nas bliżej siebie, bo tylko perfekcyjnie przejmując perspektywę innej osoby, możemy zobaczyć te zjawiska identycznie tak jak drugi człowiek.
Podziel się tym tekstem ze znajomymi z zagranicy lub przeczytaj go po angielsku na naszej anglojęzycznej stronie Przekroj.pl/en!
Czytaj również:
