Fenómenos del color: el arcoíris y el halo

Es muy común en un día lluvioso o de alta humedad observar un arco iris muy colorido en el cielo. Si uno se pregunta el motivo de este espectáculo, uno se debe remontar a los principios de  las ciencias ópticas, como el índice de refracción; explica el Doctor Moisés Cywiak del Centro de Investigaciones en Óptica, CIO.

En las ciencias ópticas se denomina índice de refracción a la característica inherente que presenta un material para desviar un rayo de luz que incide desde su exterior hacia la superficie de dicho material.

Este índice de refracción toma un número que depende específicamente de cada material. Por ejemplo, el aire tiene un índice de refracción de valor muy aproximado a una unidad o 1.0. Con este valor, el aire prácticamente está imposibilitado de desviar un rayo de luz.

Elementos como el vidrio, presentan un índice de refracción con un valor cercano a 1.5 por lo que son capaces de desviar un rayo de luz de su incidencia original. Por ejemplo, una propiedad muy importante de un diamante es precisamente su alto índice de refracción mayor al del vidrio y que le da la capacidad de desviar la luz fuertemente y darle un colorido muy particular y llamativo. Este colorido es porque el índice de refracción toma un valor diferente para cada color; como consecuencia, cada color es desviado en una dirección diferente.

Con los argumentos anteriores podemos explicar el fenómeno del arco iris. Este se debe a partículas de agua presentes en la atmósfera sobre todo en un día lluvioso. Las partículas de agua desvían los rayos solares en diferentes direcciones formándose así el arco iris. Para comprobar este hecho podemos realizar un experimento muy simple: generamos un chorro de agua mediante una manguera y apuntamos la luz de una lámpara blanca a través de dicho chorro de agua y veremos claramente los colores del arco iris a través de él.

En el caso del halo en el que se observan anillos de colores alrededor del sol, principalmente en lugares fríos como la Antártida, Alaska o Canadá, el fenómeno es distinto. Este halo se debe principalmente a cristales de hielo suspendidos en la atmósfera, los cuales tienen una particularidad óptica denominada birrefringencia.

La birrefringencia básicamente consiste en que algunos cristales, como es el caso de los cristales de hielo, presentan dos índices de refracción en lugar de uno solamente como es el caso de la mayoría de los materiales.

Para un material birrefringente emergen en general dos rayos  de luz por cada rayo incidente. Esto sucede para cada color de luz incidente al material. Como consecuencia, la mezcla de estos rayos emergentes se combina de una manera muy particular en forma de un halo de colores alrededor del sol o alrededor de una luna brillante.