Teksti: Jari Piikki

Muut kuin pää- ja sivusateenkaaret

Kolmas sateenkaari on luonnossa epäilyttävä ilmiö. Kerrotaan jo 1600-luvulla Huygensin veljen havainneen kolmannen kaaren. Silloin osattiin jo selittää tämä ilmiö, mutta silti hiipii mieleen epäilys heijastuskaaresta. Newton teki laskelmia myös kolmannesta kaaresta, mutta ratkaisun julkaisi ensimmäisenä komeetan löytäjä Edmund Halley. Hän ja Jean Bernoulli totesivat kolmannen kaaren värien olevan kuten toisenkin, violetti sisäreunalla, neljännessä taas päinvastoin. Myös useamman kertaluvun kaaria tutkittiin. Huomattiin, että kertaluvun kasvaessa kaaren aiheuttanut säde siirtyi lähemmäs pisaran tangenttia, jossa muodostuvan kaaren kertaluku kasvoi äärettömäksi. Todettiin myös kertaluvun 0 aiheuttaman kaaren mahdollisuus. Tällöin säde menee pisaran läpi ja syntyy 26 asteinen rengas auringon ympärille. Kolmas ja neljäs sateenkaari muodostuvat vierekkäin n. 40-45 asteen päähän Auringosta. Seuraavista havainnoista käy ilmi että taustan pitää olla tumma ja sateen runsasta, jotta olisi mahdollisuuksia nähdä kolmatta kaarta.

• 19.6.1989 havaittiin Albertassa valoilmiönäytelmä auringon ilmestyttyä runsaasti satavan ukkospilven alta lähellä horisonttia. Aurinkoa ympäröi ukkospilveä vasten näkynyt sisäreunaltaan 15-20 asteinen kirkas sateenkaari. Kaikki värit olivat näkyvissä kylläisinä. Kaari oli ilmeisesti täysi ympyrä ja leveämpi kuin toisella puolella näkyneet pää- ja sivukaari. Näkyvissä oli auringon puolella myös toinen kaari, joka oli diffuusimpi ja jossa värien järjestys oli epäselvä. Kyseessä saattaa olla nollas ja kolmas sekä neljäs sateenkaari. Kahdeksas kaari muodostuisi n. 20 asteen päähän auringosta, mutta olisi liian himmeä näkyäkseen.
• J.R.Prescott on havainnut 1978 samanlaisissa olosuhteissa auringonpuoleisen sateenkaaren. •
• Samoissa olosuhteissa on nähty myös Nairobissa kolmas sateenkaari.

Moninkertaiset sateenkaaret

Pää- ja sivusateenkaaren lisäksi havaitut kaaret syntyvät yleensä, kun on kaksi valonlähdettä. Toinen valonlähde voi syntyä heijastuksen seurauksena. Heijastus tapahtuu yleensä veden pinnasta. Veden aaltoilu saa todennäköisesti aikaan erikoisefektejä. Havaintoja on esim. kaaren juuresta nousevista pilareista. Muita heijastavia pintoja voisivat olla jää ja lasi, jota käytetään nykyään suurinakin pintoina rakennuksissa. Myöskin eri etäisyyksillä olevilla sadepisaroilla voi olla tekemistä ilmiön kanssa. Suomessa on havaittu ainakin seuraavat heijastuskaaret, joihin ei liity mitään poikkeavaa ilmiötä. Kaarista on havaittu yleensä vain lyhyet pätkät lähellä horisonttia.

• Suomessa havaittuja heijastussateenkaaria on jaostomme mapeissa noin 15. Luettelo niistä oli Umissa. Historia tuntee muutamia havaintoja heijastuskaarista. Corliss esittelee kirjassaan havaintoja eri aikakausilta. Osaa niistä voitaneen pitää melko epätarkkoina havaintoina tai havaitsijan kokemattomuudesta johtuvina virheellisinä havaintoina.
• 9.7.1792 Mr. Sturge havaitsi Englannissa Alverstokessa kaksi V-kirjaimen muotoista kuvoita ja
• 3.9.1821 havaittiin Irlannissa neljä V:n muotoista kuviota, joiden synnyn selittää heijastus.
• v.1873 Englannissa havaittiin kaksi päällekkäin olevaa kaarta. Ne eivät kuitenkaan leikanneet horisontissa vaan ylempänä. Mikäli havainto on oikea, saattaa ilmiö johtua kahdesta eri etäisyydellä olevasta sateesta.
• 5.11.1913 klo 17.40 havaittiin Umtalissa Rhodesiassa ilmiö, jossa oli lähellä horisonttia vierekkäin viisi täydellistä kaarta ja kauempana vielä yksi kaari. Tästä havainnosta tulee mieleen interferenssikaaret ja sivukaari, vaikka kaikkien kaarien väitetäänkin olevan samanlaisia.
• 26.11.1961 klo 00.30 UT havaittiin Intiassa Khartoumin kaupungissa erikoinen sateenkaarinäytelmä. Tyynellä merellä näkyi ilmeisesti pääkaari ja sen täysi heijastuskaari sekä lisäksi kolmas kaari näiden ulkopuolella. Kyseessä voisi muuten olla sivukaari, mutta kaikkien kaarien värit olivat samassa järjestyksessä ja erittäin kirkkaat. Ilmiö on selittämätön tai väärä havainto.
• heijastukaaria on nähty myös 25.3.1955 Pohjois-Atlantilla, 24.6.1976 Aspendalessa Australiassa ja 6.6.1979 Reachingissa Englannissa. •
• 12.8.1930 havaittiin Solway Firthissä Skotlannissa pää-, sivu- ja heijastukaaret, jotka katkesivat pilven alareunaan.
• n. 1840 havaittiin Clyde joella Skotlannissa pääkaaren juuresta molemmilta puolilta nousevat pilarit, joissa oli sateenkaaren värit. Kun aurinko meni pilveen, katosi vain pääkaari. Tästä voi päätellä, että ilmiö syntyy heijastuneesta valosta. Samanlainen ilmiö nähtiin myös Skyen saarella Englannissa 7.7.1936. A.Bravais on esittänyt, että pilarit syntyvät kun veden pinta on epätasainen, jolloin heijastuskaaria syntyy useita, mutta ne näkyvät vain lähellä horisonttia, jossa kaaret yhtyvät. F.J.Whipple ja M.Minnaert ovat epäilleet tätä selitystä, koska pylväissä havaittiin värit, joita ei voine muodostua kun kaaret ovat päällekkäin. Pylväsmäisistä kaarista kerrotaan myös 1666 lähtien julkaistussa Philosphical Transactions'ssa.
• 1985-87 havaitsi Petri Tikkanen Leppävirralla viisi samankeskistä päällekkäin olevaa sateenkaarta. Ensimmäinen kaari oli todella kirkas, muut heikompia. Värit olivat joka toisessa kaaressa väärin päin. Kyseessä lienevät heijastuskaaret. Viides kaari jää vähän epäselväksi. On mahdollista että heijastuminen tapahtui myös ikkunassa, sillä havainto tehtiin sisältä. Myöskin interferenssikaarien mahdollisuus on olemassa, sillä niistä ei mainita havainnossa. Havainto ei ole kovin yksityiskohtainen, sillä se on tullut julki vasta useita vuosia tapahtuman jälkeen.

Ylimääräiset kaaret

Heijastuskaarien lisäksi on havaintoja myös valkoisista kaarista, jotka ovat olleet sivussa normaalista sateenkaaren paikasta, jolloin kaaren tyvi on ollut keskellä pääkaarta, tai sitten kaari on ollut valonlähteen puolella. Tällaisia ilmiöitä ei ole helppo selittää, mikäli ne pitävät paikkansa. Mahdollisina selityksinä mieleen tulee heijastus jostain pystysuorasta pinnasta tai jälkikuvailmiö havaitsijan silmässä. Usein tällaisia kaaria on havaittu kuun valossa laivasta merellä. On myös mahdollista että laivan valot ovat aiheuttaneet kaaren, sillä havainnot on tehty vasta tämän vuosisadan loppupuolella.

• 29.7.1947 havaittiin Englannin kanaalissa kaksi kuusateenkaarta, joista toinen oli himmeämpi ja kuun suunnassa. Sadetta tai sumua ei kerrota esiintyneen. Kolmannen sateenkaaren näkyminen on epätodennäköistä, mutta halon mahdollisuus on olemassa. Samanlainen tapaus nähtiin 1.1.1953 Seychelleillä. Sateenkaaressa erottui keltainen, violetti ja vihreä väri. Kuun suunnassa oli hieman sivussa valkea kaari.
• Pääkaaren säteen verran sivussa olevia kaaria on havaittu kuulla 10.11.1948 Pohjois-Atlantilla ja 31.8.1963 Intian valtamerellä. Samanlainen ilmiö nähtiin myös 31.10.1950 Floridassa auringonvalossa.
• Mielenkiintoinen näytelmä nähtiin 22.10.1956 Etelä-Atlantilla. Siinä havaittiin pääkaaren lisäksi kuin valkoinen heijastuskaari ja näiden sisäpuolella kaksi kaarta, jotka olivat valkeita, ikään kuin sumukaaren heijastukaaret, mutta ilman pääsumukaarta. Pääkaaren kadottua valkeat kaaret jäivät vielä näkyviin. Tätä näytelmää on erittäin vaikea selittää.

Liikkuvat kaaret

Joskus on raportoitu sateenkaaren liikkuvan suhteessa havaitsijaan ja valonlähteeseen. Tällaista luonnonlakien vastaista ilmiötä on hankala selittää, mikäli havainnot ovat luotettavia.

• 24.1.1851 havaittiin Englannissa sateenkaaren pysyvän paikallaan. Havainto tehtiin ajoneuvon kyydistä ja kaaren kerrotaan siirtyneen muttei etääntyneen sitä lähestyttäessä. Kyseessä saattaa olla pelkkä illuusio kun vielä kerrotaan että liikuttiin mäenrinteellä.
• Intiassa havaittiin 1925 julkaistun havainnon mukaan sateenkaaren liikkuneen katsottaessa sitä kaukoputkella. Mahdollinen selitys on itse putken liikkuminen tai esim. interferenssikaaren ilmestyminen näkökenttään.
• 16.12.1952 nähtiin Englannissa sateenkaaren toisen reunan ja siihen liittyneen toisen, ilmeisesti heijastuskaaren, liikkuneen hitaasti vasemmalle. Ei kuitenkaan kerrota liikkuiko havaitsija itse ja kaari mukana. Joka tapauksessa jonkin asteinen hidas liike johtuu auringon liikkumisesta maan pyöriessä.

Taivaan värit sateenkaaren eri puolilla

Joitakin raportteja epätavallisista väreistä kaarien välissä tai ulkopuolella on julkaistu. Kyseessä voi olla vain tavallista voimakkaampana esiintyvä heijastuminen pääkaaren alapuolella jolloin myös Aleksanterin vyö näyttää tummemmalta. Auringon ollessa lähellä horisonttia muuttuvat taivaan värit myös vastapuolella. Jos kaari on kaukana vaikuttaa myös sironta ilmakehässä taivaan väriin.

• Kuusateenkaaren on havaittu esiintyvän kiekon muotoisena. Pääkaaren yllä oli vielä sivukaari. Värien näkymättömyys on luonut vaikutelman kiekosta.
• 13.8.1857 havaittiin Belfastissa sateenkaaren ulkopuolella purppuran musta taivas. Kyseessä lienee tumma Aleksanterin vyö, kuten myös 13.8.1886 havaitussa kaaressa, jonka sisäpuoli oli punainen ja ulkopuoli siniharmaa auringon noustessa.
• Tumma alue kaarien välissä on herättänyt huomiota 23.8.1866 Washingtonvillessä, jolloin se oli violetti ja purppura. !9.8.1875 klo 19 Leedsissä kaari oli ruskean keltainen ja väli suklaan ruskea. Tumma väli on havaittu myös 27.7.1897 Lausannessa ja 20.7.1947 Urbana Illinoisissa. Kaikki havainnot liittyvät auringon laskun aiheuttamiin väreihin.

Purppuraiset sateenkaaret

Auringonnousuun liittyvät kaaret ovat punaisia. Pari havaintoa on myös spektrin toisen pään purppuraisista kaarista. Ne ovat liittyneet auringon nousuun ja myös ilmeisesti pieniin pisaroihin kun sumua on havaittu.

• 8.8.1899 havaittiin Itävallassa Przemysl nimisessä paikassa klo 03.45 punertava zeniitti ja koillinen taivas. Myös epätavallisen leveä tumman purppurainen 35 korkea sateenkaari ilmestyi klo 04.00. Kaaren ulkoreuna oli violetti ja sisäreuna punainen. Pian ilmestyi myös ruusunpunainen sivukaari. Myöhemmin kaaret muuttuivat kirsikanpunaiseksi ja oranssiksi. Kyseessä lienee sumukaari, johon auringon nousu antoi omat värinsä. Purppurainen kaari on havaittu myös 21.11.1902.

Säteet kaaren poikki

Sateenkaaren poikki meneviä säteitä on havaittu silloin tällöin myös Suomessa. Kyseessä ovat vastapilvi- tai - ruskosäteet. Kun säteet ulottuvat horisonttiin asti, muodostuu kaaresta kärrynpyörää muistuttava ilmestys. Historiallisia havaintoja on mm. 13.8.1857 Belfastista, 23.8. Washingtonvillestä, 1877 Sveitsistä (3 kpl) ja 14.7.1958 Intian valtamereltä.

Ukkosen ja salaman vaikutus sateenkaareen

Ukkosen jyrinän vaikutuksesta sateenkaareen on yksi havainto vuodelta 1908 Suomesta, jolloin V.J.Laine havaitsi kaaren värien sekoittuvan ja muuttuvan epäteräviksi sekä tärisevän jyrinän aikana. Selityksenä on esitetty pisaroiden koon muuttumista niiden liittyessä yhteen, kun pintajännitys muuttuu.

Interferenssikaaret

Interfernssikaaret syntyvät pisarassa eri reittiä kulkeneiden, mutta samaan suuntaan poistuvien säteiden aallonhuippujen osuessa päällekkäin, jolloin valo vahvistuu, tai eri kohtiin, jolloin valo heikkenee. Kaarien välimatka toisistaan riippuu säteiden kulkureittien pituuserosta, joka taas riippuu pisaroiden koosta. Näin eri kokoiset pisarat saavat aikaan kaaret eri kohtiin. Jos pisarat ovat hyvin eri kokoisia, menevät kaaret päällekkäin eivätkä näy. Kauempana sateenkaaresta interferenssikaaret kapenevat ja heikkenevät. Suurilla pisaroilla niitä ei näy lainkaan. Yleensä lisäkaaret näkyvät sateenkaaren yläosassa, sillä pisarat kasvavat tullessan alas päin. Muilla kuin pääkaarella lisäkaaret ovat erittäin harvinaisia. Interferenssikaaria ei näy luonnossa muutamaa enempää, mutta kokeissa on kaaria nähty useita kymmeniä.

• 1.6.1840 Skotlannissa havaittiin yhteensä 10 kaarta. Pääkaarella oli 5 ja sivukaarella 3 interferenssikaarta.
• Suomen ennätykset ovat seuraavanlaisia.
  • 13.8.89 Jukka Ruoskanen (4)
  • 13.8.91 Veikko Mäkelä (4)
  • 26.8.95 Ismo Luukkonen (4-5)

Muodoltaan vääristyneet sateenkaaret

Sateenkaaressa esiintyviä vääristymiä on havaittu lähinnä sateenkaaren nousun aikaan, jolloin aurinko on n.42 asteen korkeudella. Aivan horisontissa esiintyneissä ilmiöissä myös ilmakehän taittaminen on voinut vaikuttaa vääristävästi. Muita syitä epänormaaleihin muotoihin voivat olla heijastus, eri etäisyyksilla olevat sateet ja eri pisarakoot sekä matalalla oleva sumu.

• Horisontin suuntaisia spektrin värejä on havaittu 6.7.1899 klo 16.00 Cronlynissä Irlannissa 8 asteen pituisena. 25.1.1955 Intian valtamerellä valovyö oli peräti 91 astetta pitkä ja asteen levyinen. Se oli n.8 mailin päässä. 5.5.1963 klo 13.15 auringon ollessa 38 asteen korkeudella nähtiin Englannissa Cb-pilven alla 30-45 asteinen 1,5 astetta korkea valovyö.
• Sateenkaaren värejä sisältäviä valo"blokkeja" on nähty 13.9.1955 Pohjois-Atlantilla auringon ollessa 41-42 asteessa, 22.8.1958 klo 12 UT Mosambikin kanaalissa Intian valtamerellä ja 31.7.1973 klo 2.50 UT Eteläisellä Tyynellä merellä. Edellä mainitut syyt selittänevät nämä ilmiöt.
• Soikea sateenkaari voi syntyä, jos vesipisaroiden lämpötila ja samalla taitekerroin vaihtelee eri korkeuksilla. Merivedessä kaari on pienempi kuin sateessa johtuen erilaisesta taitekertoimesta.
• Sateenkaaren päät ovat usein kirkkammat kuin keskikohta. Tämä johtuu pisaroiden kasvamisesta.

Epätavalliset kaste-, sumu- ja pilvikaaret

Nämä ilmiöt ovat sen verran harvinaisia tavalliselle ihmiselle, että jo pelkkä ilmiön huomaaminen saattaa tuntua epätavalliselta.

• 7.1.1929 havaittiin Pohjois-Atlantilla epätavallisen pieni sumukaari. Tammikuussa 1808 Poyomac-joella Virginiassa nähtiin sumukaari, jonka sisällä oli toinen kaari ja spektrin värejä. Kyseessä saattaa olla gloria tai peräti heijastusgloria.
• Kastekaaria on havaittu mm. 13.2.1862 Glasgow'ssa mudassa, 1874 Wisconsinissa puissa ja maassa ja 16.9.1922 Bridgendissä Englannissa laaksossa useiden mailien päässä.
• Australiassa kaari nähtiin 1887 maassa olleissa hämähäkin verkoissa. Myös Suomesta on havaintoja.
• Veden pinnalla kastekaaria on havaittu kokonaisina tai lähellä horisonttia olevina suorina linjoina. Monroe-järvellä Floridassa on havaittu suorina linjoina näkynyt kastekaari, jolla myös Aleksanterin vyö näkyi. Veneestä on havaittu (paikka ei tiedossa) myös hyperbelimäinen kastekaari ja lähempänä horisonttia heijastuskaari. 5.5.1867 havaittiin Intian valtamerellä pääkaari, joka näkyi veden pinnalla yläosastaan ja sivukaari, joka oli taivaalla. Valokuvia ovat saaneet mm. R.Greenler ja M.Pekkola.
• Pilvikaarista ei ole paljon havaintoja. 19.9.1961 nähtiin lentokoneesta pohjoisella Tyynellä merellä ellipsin muotoinen täysi pilvikaari, joka oli 3-4 astetta leveä. Lentokorkeus oli 29000 jalkaa ja pilven korkeus 8000 jalkaa. Pilven raosta näkyi myös sateenkaari pilven alapuolelta.
• Ulloan rengas on ympyrän muotoinen sumukaari. Se on saanut nimensä Antonio de Ulloan mukaan. Hänen johtamansa maapallon kokoa mittaava retkikunta havaitsi täyden sumukaaren Andeilla Perussa 1748.

Muut kaaret

• 16.5.1901 nähtiin Utahissa suolajärvellä harvinainen ilmestys, hiekkakaari. Järvellä oli kalkkipitoisia palloja, ooliittihiekkaa, joka nousi ilmaan. Valo lienee heijastunut pallojen pinnalta. Havaitussa kaksoiskaaressa oli selvät värit.
• Infrapunasateenkaaren voi valokuvata. Ainakin R.Greenler ja D.Lynch ovat kuvannut infrapunakaarta. UV- sateenkaarestakin löytyy kuva Lynchin kirjasta.