מדע לילדים: הקשת בענן
ביום סַגְרִירִי ומעונן, כשנדמה שהצבע האפור שולט ברחובות, אנו לפתע מבחינים בה נמתחת מבין העננים – מעין חיוך הפוך שכזה – קֶשֶׁת מרהיבה. איך היא נוצרת, למה היא עגולה וכיצד הירח יוצר קשת משלו? מסע אל הקשת שבענן
מי מכם לא יצא החוצה בריצה כאשר בחוץ הגשם לא פסק, אך השמש לפתע יצאה? מה חיפשנו בשמיים כשזה קרה? את אחת התופעות היפות ביותר שמציע לנו החורף: הופעתה של קשת מדהימה, החוצה את השמיים – קֶשֶׁת בֶּעָנָן. תופעת טבע זו סִקְרְנָה מאז ומעולם את בני האדם, וכמובן – גם יצרה סביבה לא מעט סיפורים ואגדות.
אבל, לפני שניקח אתכם לטיול שְׁמֵימִי אל הקשת המרתקת, כדאי לציין, כי למרות שמה – מְקוֹרָהּ של הקשת כלל אינו בעננים. הקשת נוצרת, למעשה, על ידי קרני השמש, שנשברות וּמוחְזָרוֹת מטיפות הגשם. אנשים קישרו בין הקשת לענן משום שבדרך כלל נוצרת הקשת כאשר השמיים מעוננים, ויורד גשם.
הכל מתחיל בצבע הלבן
אז, כפי שכבר רמזנו, הקשת בשמיים נוצרת כאשר
, כלומר: כִּיוּוּן קרני האור משתנה כתוצאה מהמפגש עם המים. בעת שבירת קרן האור הלבנה, היא עוברת נְפִיצָה, כלומר: מתפרקת לכל הצבעים המרכיבים אותה. צבעים אלו מוכרים בשם "צבעי הַסְּפֶּקְטְרוּם" או "צבעי הקשת".
למעשה, קרן האור נשברת כאשר היא פוגעת בטיפת המים, מוחזרת מֵחֶלְקָהּ הָאֲחוֹרִי של הטיפה ונשברת שוב ביציאה ממנה. אותן טיפות מים יכולות להיות טיפות גשם, אך גם רסיסי מים הניתזים מִמִּזְרָקוֹת או ממפלים יכולים לייצר קשתות מרהיבות.
כדאי לדעת, כי בשל העובדה שקרני השמש מוחזרות מטיפות המים, ניתן לראות את הקשת המרהיבה רק כאשר גַּבֵּנוּ מופנה אל מקור האור. בשעות הבוקר והערב, כאשר השמש נמוכה בשמיים, ניתן לראות קשתות גבוהות ומרהיבות ביופיין.
איך מתרחשת נְפִיצָה?
כאשר אנו מתבוננים בקרן אור, צבעה נראה לנו לבן, אך האם ידעתם כי הצבע הלבן של השמש מכיל בתוכו צבעים רבים? לכל אחד מהצבעים יש אורך גל שונה, ועל כן גם תכונותיו שונות. כל אחד מהצבעים נשבר בזווית שונה כאשר הוא פוגע בטיפת מים – בהתאם לְאורֶךְ הַגַּל שלו.
לתופעה זו, של הפרדת צבע אחד לצבעים המרכיבים אותו, קוראים נְפִיצָה.
תופעת הנְפִיצָה עוזרת לנו לגלות את כל הצבעים שמהם מורכב אור השמש. כשמסתכלים היטב על הקשת בשמים ניתן לראות המון צבעים ולא רק אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול וסגול. קחו למשל את הפס הירוק – יש בו ירוק צהבהב, ירוק בוהק, ירוק כחלחל וכך הלאה. למעשה, הקשת מורכבת מאוסף גדול של צבעים המופיעים בזה אחר זה, אבל בשביל לזכור את צבעי הקשת אנו קוראים לכל הגוונים של ירוק בשם אחד. בעצם, התהליכים שמתרחשים בשמש גורמים לה לפלוט אור לבן שמורכב מהמון צבעים, והקשת עושה את הפעולה ההפוכה - היא מפרידה את האור הלבן למרכיבים הרבים שלו.
לכל צבע – מקום משלו
ביום הַחורְפִּי הבא, שבו תופיע בשמיים קשת יפהפייה, נסו להבחין בִּצְבָעֶיהָ. אם תביטו טוב, תוכלו להבחין בכך שצבעי הקשת תמיד מסודרים באותו הסדר, בהתאם לאורך הגל של כל אחד מהם. הצבע האדום, למשל, תמיד ממוקם בצדה החיצוני של הקשת (הצד המרוחק יותר). אחריו מופיעים הצבע הכתום, הצהוב הירוק והכחול. הצבע הסגול מְמוקָּם תמיד בחלק הפנימי ביותר. חַדֵּי הָעַיִן שביניכם יוכלו להבחין, כי חלק השמיים בתוך הקשת נראה מואר יותר. באזור זה נמצאת, למעשה, תערובת של אור בצבעים שונים, הַמּוחְזָר מטיפות המים. הצבעים שהופרדו בטיפות מתערבבים שוב ומרכיבים מחדש את הצבע הלבן.
למה הקשת עגולה?
תְּהִיתֶם פעם מדוע אנו לא רואים אף פעם קשת מרובעת? ובכן, מתברר, כי כמו תמיד, גם לכך יש הסבר מדעי. טיפות הגשם הן בעצם מראות קטנטנות שמחזירות את אור השמש בזווית מסוימת. כעת תארו לעצמכם שהשמים מלאים במראות כאלו, שהן טיפות הגשם. רק חלק קטן מהמראות, כלומר מהטיפות, יחזיר את אור השמש בדיוק למקום שבו אנו עומדים. הדבר דומה למשחק שבו אנו מנסים לראות דמות בעזרת מראה קטנה – הרי רק אם נחזיק את המראה בזווית מסוימת, נראה את הדמות. הַקֶּשֶׁת הַמַּעְגָּלִית היא בדיוק האוסף הזה של המראות שמחזירות את אור השמש לאחר שהוא עובר נְפִיצָה וּמִתְפַּצֵּל להרבה צבעים.
הקשת יוצרת מעגל סביב הנקודה ההפוכה לכיוון השמש, שנמצאת מתחת לאופק. זו הסיבה שבבוקר ובערב כאשר השמש נמוכה - הקשת תהיה גבוהה, ואילו בשעת צהריים כאשר השמש גבוהה - הקשת נמוכה מאוד או שכלל בלתי נראית (מתחת לאופק). למעשה, האופק הוא זה שמונע מהקשת להראות כמעגל שלם. אבל, המתבונן על קשת ממטוס, יוכל להבחין בקשת שצורתה היא מעגל שלם.
הקשת כסמל וכסימן
בעבר, כאשר לבני האדם לא היו עדיין הֶסְבֵּרִים מַדָּעִיִּים לתופעת הקשת, הם עשו את מה שהם נהגו לעשות כאשר לא הצליחו להסביר תופעות למיניהן – הם נתנו לכך הסברים משלהם.
כך, למשל, הָאִינְדְּיָאנִים שֶׁבִּצְפוֹן אָמֶרִיקָה, כינו את הקשת בשם "דרך המתים", בְּנֵי הַשְּׁבָטִים שֶׁבָּאִיִּים הַקָּרִיבִּיִּים סברו כי מהמקום שממנו עלתה הקשת צפויים להגיע אנשים לְבָנִים. בְּנֵי שְׁבָטִים אחרים האמינו כי קשת שעולה מעל הים מְבַשֶּׂרֶת טוֹבוֹת, ואילו קשת שעולה מעל האדמה פירושה רוח רעה ומוות קרוב של מישהו מִבני הַשֵּׁבֶט. בְּמַעֲרַב אַפְרִיקָה העניקו לקשת מעמד של אֵל וכינו אותה בשם "הנחש הגדול של מטה". על פי האמונה, כאשר הופיעה הקשת, פירוש הדבר היה שהנחש מבקש לשתות מים מהשמיים, והופעתו מחברת בין הים לאדמה.
במשך אלפי שנים חשבו בני האדם, כי תופעת הקשת מהווה סימן או אות שהעניק האל לבני האדם. בתנ"ך מופיעה הקשת כְּסֵמֶל לִבְרִית שכרת אלוהים עם נוח לאחר הַמַּבּוּל. בספר בְּרֵאשִׁית מסופר, כי בתום הַמַּבּוּל הבטיח אלוהים לנוח כי יותר לא ימטיר מַּבּוּל על הארץ, ונתן את הקשת בענן כסמל נִצְחִי לאותה בְּרִית.
הסברים מַדָּעִיִּים
הראשון שטען כי הקשת בענן היא תופעת טבע ולא סוג של סימן אלוהי היה הַפִילוֹסוֹף הַיְּוָנִי אנקְסִימנְּס, שחי במאה השישית לפני הספירה. אחרי אנקְסִימנְּס הגיע גם הַפִילוֹסוֹף הַיְּוָנִי אָרִיסְטוֹ, שקבע כי הקשת בענן נוצרת על ידי החזרת קרני השמש מהעננים בזווית קבועה.
הַפִילוֹסוֹף וְהַמָּתֶמָטִיקַאי הַצָּרְפָתִי רַנָּה דקַארט פיתח את ההסבר המדויק במאה ה-17, כאשר ניסה להעביר קרני אור דרך כדור זכוכית מלא במים. דקַארט הבין, כי הקשת הראשית נוצרת כתוצאה משבירה של קרני האור בטיפת מים, אך לא הצליח לספק הסבר לצבעי הקשת ולסדר הופעתם הקבוע.
אַיְזְיק נְיוּטוֹן, לעומת זאת, הצליח להוכיח כי אור לבן מורכב מכל צבעי הקשת. הוא העביר את קֶרֶן הָאוֹר הַלְּבָנָה דרך מִנְסָרָה עשויה זכוכית, וכך פיצל את האור הלבן לכל צבעי הקשת. כתוצאה מהניסוי שערך נְיוּטוֹן הוכח, למעשה, כי אור אדום נשבר בזווית קטנה יותר מאשר אור כחול, מה שהוביל את החוקרים להסבר הַמַּדָּעִי לגבי סדר הופעתם של צבעי הקשת.
קשת, ולא בשמיים
הקשת היא תופעת טבע מרהיבה, אך לפעמים אנו יכולים ליצור, לגמרי במקרה, קשת לא פחות מקסימה, באמצעות פעולות יוֹמְיוֹמִיּוֹת.
בפעם הבאה שבה תפליגו בסירת מנוע, למשל, התבוננו לאחור ונסו לראות אם רסיסי המים הַנִּיתָּזִים יוצרים מעין קשת. למעשה, אם נצלם קשת כזו וּנְשַׂרְטֵט בדיוק את המעגל שֶׁמְּהַוֶּה את הֶמְשֵׁכָהּ, נוכל להבחין בכך שהקשת שנוצרה כתוצאה מהחזרת קרני האור בטיפות מי הים – היא קטנה יותר מהקשת שנוצרה בשמיים כתוצאה מהחזרת קרני האור בטיפות מי הגשם. הסיבה לכך טמונה במלח שנמצא בטיפות, ומשפיע על זווית שבירת קרני השמש.
תתפלאו, אך גם אור הירח מסוגל לְיַצֵּר קְשָׁתוֹת. הקשתות הללו נדירות לעומת הקְשָׁתוֹת שנוצרות מאור השמש. כדי שֶׁתִּיוָּצֵר קֶשֶׁת יְרֵחִית צריכים להתקיים מספר תנאים: קודם כל, צריך להיות בשמיים ירח מלא (או כמעט מלא), צריך לרדת גשם, השמיים צריכים להיות כהים והירח צריך להיות מְמוקָּם בזווית מתאימה - נמוך בשמיים, ובכיוון ההפוך מהכיוון שבו יורד הגשם. אבל, גם אם כל אותם התנאים יתקיימו בעת ובעונה אחת – עדיין, המתבונן בשמיים יִתְקַשֶּׁה להבחין בִּצְבָעֶיהָ שֶׁל הַקֶּשֶׁת הַיְּרֵחִית, והיא תיראה חִיוֶּרֶת למדי.
אז, תתבוננו מהחלון... ואולי יִזְדַּמֵּן לכם לראות את הקשת היפה ביותר שהופיעה אי פעם. אם כן, אתם מוזמנים לשתף אותנו בחוויה ולכתוב לנו עליה.
הכתבה המלאה מתפרסמת בגיליון נובמבר של "גליליאו צעיר – הירחון לילדים סקרנים"
לפנייה לכתב/ת 
