Sebagai ilustrasi optik, bayangkan seorang pengamat berdiri membelakangi Matahari, dengan tirai hujan di depannya. Dalam model sederhana ini, pelangi bukan pita yang menempel pada satu tempat di langit, melainkan pola cahaya yang terbentuk ketika sinar dari tetes-tetes air mencapai mata pada arah tertentu. Karena itu, busur yang terlihat berkaitan erat dengan posisi Matahari, tetes air, dan pengamat.

Mengapa pelangi terlihat sebagai busur?

Cahaya dari tetes hujan yang membentuk pelangi utama tiba di mata pada sudut tertentu terhadap arah yang berlawanan dengan Matahari. Jika susunan arah cahaya itu dibayangkan lengkap, bentuknya berupa lingkaran yang berpusat di sekitar titik antisipatif, yaitu arah bayangan Matahari di belakang pengamat.

Dari permukaan tanah, bagian bawah lingkaran biasanya tertutup oleh horizon. Mata hanya menangkap bagian yang berada di atasnya, sehingga pelangi terlihat seperti busur. Dalam kondisi pandang yang lebih terbuka, misalnya dari tempat tinggi dengan tetes air berada di bawah pengamat, bagian lingkaran yang terlihat dapat bertambah. Bentuk itu bukan lingkaran yang terpotong di udara; horizonlah yang membatasi pandangan.

Bagaimana tetes air menyusun warna?

Dalam model ini, setiap tetes bertindak seperti ruang optik mungil. Cahaya Matahari dibiaskan saat masuk ke dalam tetes, lalu warna-warna di dalam cahaya putih mulai terpisah karena tiap warna dibelokkan dengan kadar berbeda. Sebagian cahaya memantul di bagian dalam tetes, kemudian dibiaskan lagi saat keluar menuju mata.

Warna yang sampai ke mata bergantung pada arah datangnya cahaya dari tetes tersebut. Banyak tetes menyumbangkan cahaya dari bagian-bagian pita warna yang berbeda, lalu mata melihatnya sebagai satu busur. Jadi, bukan satu tetes besar yang menggantungkan pelangi di langit; pola itu terbentuk dari cahaya yang datang dari banyak tetes pada posisi yang sesuai.

Urutan warna pada pelangi utama

Pada pelangi utama, merah berada di tepi luar busur dan ungu di tepi dalam. Di antara keduanya, warna lazim disebut berurutan sebagai merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Batas antarwarna sebenarnya berangsur, bukan garis pemisah tegas. Nama-nama tersebut membantu menggambarkan pita warna yang menyatu perlahan.

Urutan itu berkaitan dengan cara tiap warna dibelokkan saat masuk dan keluar dari tetes air. Karena merah dan ungu keluar dengan arah sedikit berbeda, keduanya tampak menempati sisi yang berlawanan pada busur utama. Perubahan sudut pandang dapat membuat tetes penyumbang warna yang terlihat berbeda, tetapi susunan warna pada busur utama tetap merah di luar dan ungu di dalam.

Mengapa busurnya berubah saat pengamat bergeser?

Setiap pengamat menerima cahaya dari kumpulan tetes yang berbeda. Jika pengamat melangkah ke samping, arah pandang terhadap Matahari dan tetes hujan ikut berubah. Tetes yang sebelumnya mengirimkan cahaya ke mata mungkin tidak lagi berada pada arah yang tepat; tetes lain mengambil perannya. Karena itu, pelangi tampak bergeser mengikuti pengamat, bukan sebagai benda tetap yang bisa didekati.

Ketinggian Matahari juga mengubah bagian busur yang tampak. Dalam model geometri pelangi, saat Matahari berada lebih rendah, busur utama dapat tampak lebih tinggi di atas horizon. Saat Matahari naik, busur cenderung turun; jika Matahari terlalu tinggi, busur utama dapat berada di bawah horizon bagi pengamat di permukaan tanah. Perubahan ini menjelaskan mengapa sudut pandang dan waktu pengamatan memengaruhi bentuk lengkung yang terlihat.

Busur kedua dan pembalikan warna

Dalam keadaan tertentu, terlihat busur kedua yang lebih redup di luar busur utama. Pada model ini, cahaya mengalami dua kali pemantulan di dalam tetes sebelum keluar. Susunan warnanya berbalik: merah berada di sisi dalam, sedangkan ungu di sisi luar. Busur kedua mengingatkan bahwa pola pelangi berasal dari perjalanan cahaya di dalam tetes, bukan dari warna yang tersusun sebagai benda di langit.

Dengan demikian, bentuk busur muncul karena bagian lingkaran yang dapat dilihat terhalang oleh horizon, sedangkan urutan warnanya berasal dari pembiasan dan pemantulan cahaya di dalam tetes air. Saat posisi pengamat bergeser, geometri cahaya yang mencapai mata ikut berubah—dan bersama itu, bagian pelangi yang terlihat pun bergeser.