Co je duha?
Snad každý si někdy všiml barevného duhového oblouku při končící dešťové přeháňce. Déšť ještě padá, ale zároveň sluneční paprsky osvětlují dešťové kapky, v nichž se světlo láme, rozkládá a odráží, a tak právě na opačné straně než svítí Slunce můžeme pozorovat duhu. Ta opisuje část kružnice o poloměru asi 42° kolem místa, kam směřuje stín pozorovatelovy hlavy. Proto je možné duhu z rovného povrchu pozorovat je-li Slunce níže než 42 stupňů nad obzorem. Duhový oblouk pak vystupuje tím výše, čím níže se Slunce sklání k obzoru. Pokud by tedy Slunce zářilo právě na horizontu, objevil by se na opačné straně ve vodních kapkách obraz duhy ve tvaru půlkruhu.

Podobně jako po průchodu paprsku skleněným hranolem, kde se světlo při vstupu do opticky hustšího prostředí rozkládá, vidíme i v duze rozložené sluneční světlo na jednotlivé barevné složky. Od vnějšího okraje duhy směrem k vnitřnímu v pořadí: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá až fialová.

Při intenzivnějším dešti se objevuje nad duhou druhá, méně výrazná, tzv. sekundární duha o větším poloměru (asi 51°), v níž je sled barev opačný než u primární duhy. Tato vedlejší duha vzniká díky dvojnásobnému odrazu paprsků uvnitř kapek. Dále je patrné, že obloha se jeví znatelně světlejší uvnitř primárního duhového oblouku a pás mezi oběma duhami je naopak tmavší. Při pozorování ze zemského povrchu lze pozorovat duhu jen jako neúplný kruh. Celistvý duhový kruh by mohl být vidět z vysoké věže nebo letadla. Avšak duhu lze spatřit nejen díky dešťovým kapkám, ale třeba i ve tříšti kapek u vodopádů či fontán.
Všimli jste si, že se duha objevuje obvykle k večeru? Je to dáno tím, že u nás převládá západní proudění vzduchu, a tedy objeví-li se při končícím dešti pás jasného nebe, přichází nejčastěji od západu, odkud Slunce svítí právě navečer. A protože svítí již nízko, duhový oblouk tudíž vystupuje vysoko, což ho činí nápadnějším. Avšak svítí-li Slunce ráno nad východním obzorem, při západním proudění se ještě před deštěm nasune oblačnost která Slunce zakryje, a proto tedy duha nenastává ráno tak často.

Mezi nezapomenutelné zážitky lze zařadit spatření duhy v noci. Tu může vyvolat měsíční svit v nočním dešti. Taková duha je slabá s nevýraznými barvami a poměrně vzácná, neboť Měsíc dostatečně svítí jen v období nedlouho kolem úplňku. Navíc noční duha nemá obvykle diváků; ti po nocích spí, či brouzdají internetem. Do dob Aristotelových bylo dokonce spatření noční duhy považováno za pověru.

Duha a lidé
Na rozdíl od jiných přírodních úkazů nebývala duha považována za špatné znamení, ale díky okolnostem jejího výskytu za ustávajícího deště spíše za symbol naděje a usmíření. Podle První knihy Mojžíšovy je duha znamením božské úmluvy se zemí, že již nedojde ke zhoubné potopě.
V některých kulturách však duha není přijímána s obdivem. Tak například pro barmské Kareny duha představuje nebezpečné démonické síly schopné pohltit lidskou duši a vítaným jevem není ani pro africký kmen Zulů i další. Pro některé kmeny Finska či Laponska ztělesňuje duhový oblouk luk boha hromu, který střílí blesky místo šípů. K duze se váží i některé pověry. Dle jedné z nich by na koncích duhy v místech, kde se duha promítá k povrchu země, měl být zlatý poklad. Vzhledem k tomu, že se duha promítá jako oblouk o stále stejném poloměru z jakéhokoliv místa v okolí pozorovatele, pátral by případný hledač pokladu marně až do konce deště či svitu Slunce.

Jak duha vzniká
Na vzniku duhy se podílí lom, rozklad, odraz a interference světla ve velkém množství vodních kapek, které obklopují pozorovatele při současném svitu Slunce resp. Měsíce.
Duhový oblouk a duhové barvy.
Světlo vstupující do opticky hustšího prostředí (např. ze vzduchu do vody) se láme směrem ke kolmici, jak je znázorněno na obrázku vpravo, kde vstupní úhel alfa je větší než úhel lomu beta.


Sluneční paprsky vstupující do kapky se odráží a lámou. Pro vysvětlení primárního duhového oblouku nás budou zajímat paprsky, které se po vstupu do kapky lámou, odrážejí na protější straně kapky a vychází lomem opět na straně směrem ke Slunci pod ostrým úhlem vůči vstupu paprsku. Takový paprsek je vyznačen na obrázku nalevo červeně, ostatní odrazy a lomy pak šedě.

Pokud necháme paprsky vstupovat do kapky v různých vzdálenostech od osy kapky směřující ke Slunci uvidíme, že vystupující paprsky se budou koncentrovat nejvíce kolem úhlu asi 42° (jež svírají se směrem ke Slunci) a ostatní paprsky budou vystupovat pod menšími úhly.

(Na animovaném obrázku vidíme průchod paprsku kapkou. Paprsek vstupuje zleva pod úhlem, který svírá s přímkou vedenou středem kapky a místem vniku do kapky - tj. úhel vstupu. Vystupující paprsek svírá se vstupujícím tzv. duhový úhel, který má maximum právě kolem hodnoty 42°.) Detailnější objasnění závislosti velikosti vystupujícího úhlu na vzdálenosti vstupujícího paprsku od vodorovné osy kapky následuje později.

Uvnitř kapek však dochází také k více vnitřním odrazům paprsku. Paprsky odrážející se dvakrát uvnitř kapky budou vycházet nejčastěji pod úhlem asi 51° vůči vstupujícímu paprsku. Takto vzniká již ne tak výrazná tzv. sekundární duha, která se objevuje nad hlavní duhou.

(Sekundární duha je patrná též na fotografiích v úvodu stránky)

Uvedený popis průběhu paprsků však neprobíhá jen v jedné rovině, ale v celé kapce zároveň a ve všech rovinách. Proto uvidíme duhu jako oblouk symetrický kolem osy, kam směřuje pozorovatelův stín vrhaný Sluncem. Protože je však sluneční světlo složeno z různých barev a paprsek každé barvy se láme pod trochu jiným úhlem, bude světlo po průchodu kapkou rozloženo v duhové spektrum. To je vidět na obrázku vpravo. Záření různých barev se také bude po průchodu kapkou koncentrovat pod trochu odlišnými úhly, a proto uvidíme v duze soustředné barevné pásy.

Na vzniku duhy se podílejí kapky v různých vzdálenostech od pozorovatele. Názorný přehled si lze udělat podle spodního obrázku.