Yağmurlu bir günün ardından güneş yeniden göründüğünde, gökyüzünde beliren gökkuşağı çoğu insanı büyüler. Bu etkileyici görüntü, tarih boyunca pek çok kültürde mitlere ve efsanelere konu olmuştur. Bazı kültürlerde gökkuşağı tanrılar dünyası ile insanlar dünyası arasında bir köprü, bazılarında ise bir umut ya da barış simgesi olarak görülmüştür. Gökkuşağının nasıl oluştuğuna dair bilimsel açıklama ise yüzyıllar süren gözlemlerin ve düşüncelerin ürünüdür.

Gökkuşağını anlamanın ilk adımı, beyaz ışığın aslında farklı renklerin bir karışımı olduğunu kavramaktır. On yedinci yüzyılda Isaac Newton, karanlık bir odada bir pencere kepengindeki küçük bir delikten giren güneş ışığını bir cam prizmadan geçirdi. Işık, prizmadan çıktıktan sonra karşı duvarda kırmızıdan mora uzanan renkli bir şerit oluşturdu. Newton, bu renklerden birini ikinci bir prizmadan geçirdiğinde, rengin artık başka renklere ayrılmadığını gördü. Ayrıca renkli ışıkları ters çevrilmiş bir prizmayla yeniden birleştirdiğinde, beyaz ışığın yeniden ortaya çıktığını gösterdi.

Bu deneyler, prizmanın beyaz ışığa renk eklemediğini, beyaz ışığın içinde zaten bulunan renkleri birbirinden ayırdığını kanıtlıyordu. Peki prizma bu ayrışmayı nasıl sağlar? Işık, havadan cam ya da su gibi farklı bir ortama geçerken hızı değişir ve bu nedenle yönü de değişir. Bu olaya kırılma adı verilir. Bir kaşığın su dolu bir bardağın içinde kırık gibi görünmesi, kırılmanın günlük yaşamdaki bilinen bir örneğidir.

Farklı renklerdeki ışıklar, farklı miktarlarda kırılır. Mor ışık en fazla, kırmızı ışık ise en az kırılır. Bu nedenle beyaz ışık bir prizmaya girdiğinde, her renk farklı bir açıyla kırılır ve renkler birbirinden ayrılarak yelpaze gibi açılır. Bu olaya dağılma adı verilir. Gökkuşağında da aynı ilke işler; ancak bu kez prizmanın yerini havada asılı duran milyonlarca küçük su damlası alır.

Gökkuşağının oluşumunu açıklamaya yönelik önemli bir adım, on dördüncü yüzyılın başlarında atıldı. Bu dönemde Orta Doğu'da yaşayan bir bilim insanı ile Avrupa'da yaşayan bir rahip, birbirinden bağımsız olarak, gökkuşağının su damlalarının içinde gerçekleşen kırılma ve yansımalarla oluştuğunu öne sürdü. Bu araştırmacılar, büyük su dolu cam küreleri yağmur damlalarının modeli olarak kullanarak ışığın bu kürelerin içindeki yolunu incelediler. Daha sonra Descartes ve Newton bu açıklamayı matematiksel olarak geliştirdi.

Bir güneş ışını bir yağmur damlasına girdiğinde, önce damlanın yüzeyinde kırılır ve bu sırada renklere ayrılmaya başlar. Işık daha sonra damlanın arka yüzeyine ulaşır ve oradan yansır. Damlanın içinde geri dönen ışık, damladan çıkarken bir kez daha kırılır ve renkler birbirinden daha da ayrılır. Bu süreç sonunda her renk, damladan belirli bir açıyla çıkar. Kırmızı ışık yaklaşık kırk iki derecelik, mor ışık ise yaklaşık kırk derecelik bir açıyla gözümüze ulaşır.

Bu açılar, gökkuşağının neden bir yay biçiminde göründüğünü de açıklar. Gökkuşağını görebilmek için güneşin arkamızda, yağmur damlalarının ise önümüzde olması gerekir. Gözümüze kırmızı ışık gönderen damlalar, güneşin tam karşısındaki noktadan kırk iki derece uzaklıkta bulunan bir çember üzerinde yer alır. Mor ışık gönderen damlalar ise biraz daha içerideki bir çember üzerindedir. Bu nedenle gökkuşağında kırmızı renk dışta, mor renk içte görünür.

Gökkuşağı aslında tam bir çemberdir. Ancak yeryüzünde durduğumuzda, çemberin alt kısmı ufkun altında kaldığı için yalnızca yay biçimindeki üst kısmını görebiliriz. Uçaklardan ya da yüksek dağlardan bakıldığında, bazen tam çember biçiminde gökkuşakları görülebilir. Gökkuşağının belirli bir yeri de yoktur. Her gözlemci, kendi gözüne ışık gönderen farklı damlalardan oluşan kendi gökkuşağını görür. Bu nedenle yan yana duran iki kişi bile, aslında farklı gökkuşaklarını izler.

Bazen ana gökkuşağının dışında, daha soluk ikinci bir gökkuşağı da görülür. Bu ikinci gökkuşağı, ışığın damlaların içinde bir yerine iki kez yansımasıyla oluşur. İki kez yansıyan ışık daha fazla zayıfladığı için ikinci gökkuşağı daha soluktur. Ayrıca ikinci gökkuşağında renklerin sırası tersine döner; kırmızı içte, mor ise dışta yer alır. İki gökkuşağı arasındaki gökyüzü bölgesi, çevresine göre belirgin biçimde daha karanlık görünür. Bu karanlık şerit, onu ilk kez tanımlayan Antik Yunan filozofunun adıyla anılır.

Gökkuşağında yedi renk bulunduğu yaygın bir inanıştır. Oysa gökkuşağındaki renkler birbirine kesintisiz biçimde geçer ve aslında sayısız renk tonundan oluşur. Yedi renk geleneği büyük ölçüde Newton'a dayanır. Newton'ın, renk yelpazesini müzikteki yedi notaya benzetmek istediği için başlangıçta ayırdığı beş renge iki renk daha eklediği düşünülmektedir. Farklı kültürlerin gökkuşağındaki renkleri farklı sayılarda ayırt etmesi, renk adlandırmanın kısmen kültürel bir olgu olduğunu da gösterir.

Gökkuşağı, doğanın en güzel görüntülerinden biri olmanın yanı sıra fizik yasalarının ne kadar zarif sonuçlar doğurabileceğinin de bir simgesidir. Bilimsel açıklamanın bu güzelliği azaltmadığı, aksine onu daha derinden takdir etmemizi sağladığı söylenebilir.