¿Cómo se forman los arcoíris?

Pocos espectáculos detienen a la gente como un arcoíris que se curva en el cielo tras un chaparrón. Parece casi mágico, una cinta de color puro suspendida en el aire. Sin embargo, detrás de esa belleza se esconde una pieza de física precisa y bastante elegante, una que se ha comprendido desde los trabajos de Isaac Newton y otros hace siglos. Un arcoíris es luz solar, lluvia y geometría trabajando en conjunto.

Qué es un arcoíris

Un arcoíris es un efecto óptico, una banda de colores producida cuando la luz solar se refracta, se divide y se refleja en las gotas de lluvia en el aire. No es un objeto físico y no tiene una posición fija en el cielo. En su lugar, es un patrón de luz que llega a tus ojos desde millones de gotas de lluvia individuales, cada una reflejándote la luz solar en el ángulo exacto.

La idea clave, que sorprende a mucha gente, es que la luz solar blanca ordinaria no es realmente blanca. Es una mezcla de todos los colores del espectro combinados. Un arcoíris es simplemente la naturaleza separando esa mezcla para que podamos ver sus componentes ocultos.

La ciencia de la desviación de la luz

Para entender los arcoíris necesitas dos ideas: refracción y dispersión.

• La refracción es la desviación de la luz cuando pasa de un material a otro, como del aire al agua. La luz se ralentiza ligeramente en el agua, y este cambio de velocidad hace que su trayectoria se desvíe.
• La dispersión es la división de la luz blanca en sus colores. Los diferentes colores de la luz viajan a velocidades ligeramente distintas en el agua, por lo que se desvían en cantidades ligeramente diferentes. La luz roja es la que menos se desvía, y la violeta la que más.

Puedes ver el mismo efecto con un prisma de vidrio, que expande un rayo de luz solar en un espectro. En un arcoíris, cada gota de lluvia actúa como un pequeño prisma. Esta es la misma física de la luz y el color que explica cómo funciona el ojo humano, donde las células cono de la retina interpretan diferentes longitudes de onda como diferentes colores.

Qué ocurre dentro de una gota de lluvia

El viaje completo de la luz a través de una sola gota de lluvia tiene tres etapas:

1. La luz entra en la gota y se refracta, desviándose y comenzando a dispersarse en sus colores.
2. Se refleja en la parte interna de la parte posterior de la gota, rebotando hacia el frente.
3. Sale de la gota y se refracta de nuevo, dispersando los colores aún más.

Para cuando la luz sale, la luz solar blanca se ha desplegado en una pequeña gama de colores. Crucialmente, esto ocurre con mayor intensidad en un ángulo particular, alrededor de los 42 grados con respecto a la dirección de la luz solar entrante. Cada gota que se sitúa en este ángulo desde tu línea de visión envía un color particular a tu ojo, y juntas millones de gotas construyen el arco completo.

Debido a que cada color emerge en un ángulo ligeramente diferente, ves el rojo proveniente de gotas ligeramente más altas en el cielo y el violeta de gotas ligeramente más bajas, razón por la cual los colores forman una banda ordenada en lugar de un caos.

Por qué los colores nunca cambian de orden

Los colores de un arcoíris siempre siguen la misma secuencia: rojo en el exterior, luego naranja, amarillo, verde, azul y violeta en el interior. Este orden está fijado por la física. Debido a que la luz roja es la que menos se desvía y la violeta la que más, el rojo siempre termina en el borde exterior del arco y el violeta en el borde interior.

La lista tradicional de siete colores, a menudo recordada por el nombre "Roy G. Biv", es en realidad una convención humana; el espectro es una mezcla suave y continua sin límites nítidos entre un color y el siguiente. El número de colores distintos que nombramos es una peculiaridad del lenguaje y la percepción, no una característica de la luz en sí misma.

Por qué un arcoíris siempre mira en dirección opuesta al Sol

Para ver un arcoíris, deben alinearse tres condiciones:

• El Sol debe estar detrás de ti.
• Debe haber lluvia, niebla o rocío frente a ti.
• El Sol debe estar bastante bajo en el cielo, razón por la cual los arcoíris son comunes por la mañana y al atardecer.

Por eso ves arcoíris tan a menudo cuando un chaparrón está terminando y el Sol asoma detrás de ti. También explica por qué el centro del arco de un arcoíris está siempre directamente opuesto al Sol, en el punto que los astrónomos llaman punto antisolar. El vínculo entre la posición del Sol en el cielo y lo que observamos en el suelo es parte de la misma geometría celestial que determina qué causa las estaciones.

Arcoíris dobles y otras variaciones

A veces aparece un segundo arcoíris más tenue por encima del principal. Este arcoíris doble ocurre cuando la luz se refleja dos veces dentro de las gotas de lluvia en lugar de una. La reflexión extra invierte el orden de los colores, por lo que el arco exterior va desde el violeta en el exterior al rojo en el interior, la imagen especular del arco primario. La banda de cielo ligeramente más oscura entre los dos se conoce como la banda de Alexander.

Ni siquiera necesitas lluvia para ver un arcoíris. El rocío de una cascada, una manguera de jardín o la bruma marina pueden producir uno, porque lo único que se requiere es luz solar y gotas de agua. Incluso puedes crear el tuyo propio en un día soleado situándote con el Sol detrás de ti y rociando una fina niebla de agua frente a ti.

Por qué nunca podrás alcanzar su extremo

La vieja historia de una olla de oro al final del arcoíris está a salvo de los buscadores de tesoros, porque un arcoíris no tiene fin ni una ubicación fija. Se crea enteramente por el ángulo entre el Sol, las gotas de lluvia y tus propios ojos. A medida que te mueves, diferentes gotas de lluvia ocupan la posición correcta, por lo que el arcoíris se mueve contigo. Dos personas paradas una al lado de la otra están, técnicamente, viendo arcoíris ligeramente diferentes, cada uno formado por gotas distintas. Si caminas hacia él, simplemente retrocede, siempre fuera de tu alcance.

En resumen

Un arcoíris se forma cuando la luz solar entra en las gotas de lluvia, se desvía por refracción, se refleja en la parte posterior de cada gota y se desvía de nuevo al salir, dividiendo la luz blanca en sus colores componentes mediante la dispersión. Los colores siempre van del rojo en el exterior al violeta en el interior, establecido por la forma fija en que cada color se desvía en el agua. Solo ves uno con el Sol detrás de ti y lluvia por delante, en un ángulo de unos 42 grados. Y debido a que es un efecto de la luz y la geometría en lugar de un objeto sólido, un arcoíris no tiene un final que puedas alcanzar, solo una belleza que puedes detenerte a admirar.