How Many Colors Are in the Rainbow, Really?

Transcript

Theme song by Destin Heilman

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ERIC: From the Museum of Science, Boston, this is Pulsar: a podcast where we answer questions from you, our audience. I'm your host Eric.

Thanks to Facebook Boston for supporting this episode of Pulsar.

Recently we asked what questions you had about color. Here to answer them is one of our fabulous educators, Zoe; thanks for coming back on Pulsar.

ZOE: Thank you for having me, color is one of my favorite things to talk about, so I'm excited.

ERIC: One of the first questions we got is a good place to start, where do colors come from?

ZOE: Light itself is colored, really, colors come from light. So if you look at light, if the light has a certain amount of energy, then when it hits our eyes, our brains will interpret that as this light has a certain color.

That if you think about white light, such as the light that we see from the Sun, and that white light is actually a mixture of a bunch of different colors of light. It's a mixture of all of that light that has a bunch of different energies.

ERIC: Now most objects in our everyday life aren't giving off their own light, so what is it that makes a red object red?

ZOE: Well, the reason that objects look colored, is because that white light is hitting them. Some of the colors in that mixture of white light are getting absorbed by the object, and other colors are getting reflected. Now the ones that reflected are the ones that get bounced back into our eyes, and then our brain says, uh-huh, this object is red.

ERIC: That leads into another question we got, which is really important from both a fashion and a science perspective. Why is it that sometimes two shades of black don't match each other?

ZOE: Well, like we said, white light is a mixture of all of those different colors, it's a ton of light that's hitting your eyes all at once.

Black then is the opposite of that, it's like the absence of light. So if an object looks black, it's because it's absorbing most of the light, and not much is actually getting reflected back to your eyes. Now, the blackest of all blacks, paints like Vantablack or black 3.0, those can absorb 98 or 99% of all the light that hits them.

But most of the black objects that you see around you, like my black clothing, they are not absorbing 99% of the light, they're maybe only absorbing something like 90%. Which means there is still 10% of light that's reaching your eyes, and that 10% is why some of those blacks aren't going to match.

Some of the black objects are reflecting reddish light, perhaps, some of them are reflecting just a little bit of yellowish light, some of them bluish. Because they might be reflecting slightly different types of light, they won't actually match. Most of the time this doesn't matter because if you have something that's absorbing almost all of the light next to something that's reflecting almost all the light, black next to white, it doesn't really matter if the black is slightly red or not.

But if you put those two black things next to each other, the contrast becomes much more apparent.

ERIC: So that leads into the next question we got, which is how many shades of a color are there, is it infinite?

ZOE: Essentially, yes, if you look at those colors and if you think about those wavelengths of light or different amounts of energies, you could say, okay, red is 700 nanometers.

Different shades of red could be 749 nanometers, 748 nanometers, 748 and a half nanometers, etc. You could have all these infinite shades of red, and that's just talking about actual wavelengths. If you really think about how Review colors, you can think of them as having different amounts of lightness and darkness, artists call that value.

You can also think about them having different amounts of saturation, in other words, how bright or dull is the color? And you can think about the colors having a certain temperature, which basically means does the color seem more warm or cold? Does it lean more towards red or blue?

So if you take all of these different variables into account, you wind up with pretty much an infinite number of shades that can exist. However, our brains don't actually perceive every single one of those infinite shades. We really only perceive a strict number of them, and it's still quite a lot, I was reading up on this and people were estimating that it's something like humans can perceive a good 10 million colors.

So it's still a lot but maybe not quite infinite.

ERIC: And our next question is about perhaps the most colourful thing in nature, rainbows, so when asked, how do they form?

ZOE: Yes, I do love a good rainbow. Rainbows are actually pretty interesting in the way that they're form, they're not really objects in themselves.

They're more like optical illusions that are caused by the way that sunlight hits droplets of water in the air, so this might be rain, hence the name rainbows. But it could also be spray from a waterfall or something, in that case they're technically called spray bows, and so on, you can have fog bows etc.

And so what happens is the sunlight hits the water droplet. Basically, it enters the water, bounces off the back of the water droplet, it reflects, and then it exits the droplet again. Essentially, this means that the sunlight has to be behind you while you're looking at a rainbow.

Because if the sunlight is behind you, it can hit those water droplets, reflect off the back of the droplet and come back to your eyes.

ERIC: So if you're looking for a rainbow, you should put the sun behind you?

ZOE: Right, now, the reason that we see all of those colors is because when the light enters and exits the water droplet, it does what we call refraction.

Which basically means that when light enters a different medium, it will bend. The different colors, the different energies of light, they bend different amounts. So the red light bends a little bit, the blue light bends a lot, that kind of thing, and that causes the colors to spread out.

So with that kind of double refraction that happens, refracts when the light enters the water droplet and when it exits, you got that really nice spread of light which causes us to see the rainbow.

ERIC: So what about double rainbows? You don't see those as often, why are they more rare, what's going on to make a double rainbow.

ZOE: So double rainbows are really just the same phenomenon. Technically, every rainbow has a double rainbow because every time that light enters that water droplet, and reflects, and then exits again, some of the light is going to get reflected again. And that means that there's another set of refraction when it exits and basically it leads to another rainbow in a slightly different part of the sky.

So if this always happens if this physical process is the same all the time, why do we only see them rarely? It's because that extra amount of reflected light, it's not really a lot of light, it's going to be a lot dimmer. So you need really good viewing conditions in order to actually see that second rainbow, it's just not as bright as the first one.

ERIC: So whenever we see a rainbow, we should always look for the double rainbow because it is always there, and we might be able to see it?

ZOE: Yes, and if you get really lucky, if the viewing conditions are very good, you might even see a triple rainbow.

Because that reflection can continue happening over and over and over again, it just gets dimmer and dimmer every time.

ERIC: And while we're talking about rainbows, we have one more question on them, which is actually the first question we ever got for this podcast. Marian asks, are there really only seven colors in the rainbow, seems arbitrary, how many are there really?

ZOE: I'm so glad that someone asked this, this is actually one of my favorite fun facts about color. Rainbow itself is continuous, it's just that span of wavelengths of light everywhere from something like 700 nanometers to 450, at least those are the parts that our eyes can register.

Why did we end up with seven specific colors in the rainbow if the rainbow was actually just one continuous spectrum? That is because of good old Isaac Newton. Now about 350 years ago, Newton was doing some experiments where he was using prisms to break white light up into a rainbow.

When he looked at those colors, he decided that there were certain bands of colors, originally, he labeled five bands, red, yellow, green, blue, and violet. However, he added two more, orange, and indigo, and the reason he did this is because he specifically wanted seven colors. This is because it would match the seven notes of the musical scale.

And the reason he wanted them to match is actually based on ancient Greek philosophy, where certain Ancient Greeks thought that seven was a sacred number. So all of that is why we have that traditional seven color rainbow, it's because of Isaac Newton in the Ancient Greeks.

ERIC: Well, that's all the questions we had for today, Zoe, thank you so much for giving us all these answers about color.

ZOE: Yes, thank you so much for asking them, happy to be here.

ERIC: If you'd like to have one of your questions answered by a visiting expert, or a Museum of Science educator, you can email them to sciencequestions@mos.org.

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That's it for this episode of Pulsar, join us again soon.

Español

ERIC: Desde el Museo de Ciencias de Boston esto es Pulsar, un pódcast donde respondemos las preguntas de nuestra audiencia. Soy su anfitrión, Eric.

Gracias a Facebook Boston por auspiciar este episodio de Pulsar.

Hace poco les pedimos que nos enviaran sus preguntas en relación al color, para responderlas hoy nos acompaña una de nuestras fabulosas educadoras; Zoe, gracias por regresar a Pulsar.

ZOE: Gracias por invitarme; el color es una de las cosas de las que más me gusta hablar, estoy muy entusiasmada.

ERIC: Una de las primeras preguntas que tenemos es muy adecuada para empezar: ¿de dónde vienen los colores?

ZOE: La propia luz tiene color; los colores vienen de la luz.

Si observamos la luz, si la luz tiene una determinada cantidad de energía, cuando esta llega a nuestros ojos nuestro cerebro le adjudicará a esa luz un determinado color. Si pensamos en una luz blanca, como la que proviene del sol, vemos que esa luz blanca es en realidad una mezcla de varios colores de luz.

Es una mezcla de toda esa luz que tiene varias energías diferentes.

ERIC: La mayoría de las cosas que vemos a diario no emiten luz por cuenta propia, entonces, ¿qué es lo que hace que algo rojo sea rojo?

ZOE: Bueno, la razón por la cual las cosas se ven coloridas es porque esa luz blanca las alcanza.

Algunos de los colores presentes en esa mezcla de luz blanca son absorbidos por las cosas, y los otros son reflejados. Aquellos que son reflejados son los que rebotan en las cosas y llegan a nuestros ojos, y entonces nuestro cerebro dice: "Ajá, este objeto es rojo".

ERIC: Eso nos lleva a otra pregunta que nos llegó y que es muy importante desde el punto de vista de la moda y de la ciencia: ¿por qué a veces dos tonos de negro no se ven iguales?

ZOE: Bien, como dijimos, la luz blanca es la mezcla de todos los colores, es un montón de luz que nos llega a los ojos de una vez. El negro es lo opuesto a eso, o sea, la ausencia de luz. Si una cosa se ve negra es porque absorbe la mayor parte de la luz y no mucha de ella se refleja y alcanza nuestros ojos.

Ahora, el negro más oscuro de todos, como el de las pinturas Vantablack o Black 3.0, puede absorber el 98 o 99 % de toda la luz que le llega. Pero la mayoría de las cosas de color negro que vemos a nuestro alrededor, como mi ropa negra, no absorben el 99 % de la luz sino quizás solamente algo así como el 90 %, lo cual significa que todavía hay un 10 % de luz que llega a nuestros ojos, y ese 10 % es el motivo por el cual algunos de esos negros no se ven iguales.

Algunos de esos objetos negros reflejan luz rojiza, quizás, otros luz amarillenta, otros azulada. Debido a que podrían reflejar tipos de luz ligeramente diferentes, no se verán iguales. La mayoría de las veces eso no importa, porque si juntas algo que absorbe casi toda la luz con algo que refleja casi toda la luz, como el negro y el blanco, poco importa si el negro es ligeramente rojo o no.

Pero si juntas dos cosas negras y las comparas, el contraste se hace mucho más evidente.

ERIC: Eso nos lleva a la siguiente pregunta que nos enviaron, ¿cuántos tonos de un color existen? ¿Son infinitos?

ZOE: Esencialmente, sí. Si nos fijamos en esos colores y pensamos en las longitudes de onda de la luz o sus diferentes cantidades de energía, podríamos decir, muy bien, el rojo corresponde a 700 nanómetros.

Distintos tonos de rojo podrían corresponder a 749 nanómetros, 748 nanómetros, 748 nanómetros y medio, etcétera. Podríamos tener esa infinidad de tonos de rojo, y eso si hablamos solamente de longitudes de onda reales. Si pensamos en la percepción que tenemos de los colores, vemos que les adjudicamos diferentes grados de luminosidad y oscuridad, a lo que los artistas denominan valor tonal.

También podemos adjudicarles diferentes grados de saturación, en otras palabras, lo brillante u opaco que es un color. También podemos considerar a los colores teniendo en cuenta su temperatura, o sea, según el color se vea más cálido o frío, preguntándonos, por ejemplo, si un determinado color es más rojizo o más azulado.

Si tenemos en cuenta todas estas variables, llegamos a la conclusión de que puede haber una infinidad de tonos. Sin embargo, nuestro cerebro no percibe cada uno de estos tonos. Solo percibimos un cierto número de ellos, aunque, de hecho, son muchos. Estaba leyendo algo al respecto y se estima que los humanos podemos percibir 10 millones de colores.

Así que son muchos, pero no todos.

ERIC: Y la siguiente pregunta es sobre lo que quizás sea la cosa más colorida de la naturaleza, el arcoíris; alguien pregunta: ¿cómo se forman?

ZOE: Sí, me encanta el arcoíris. Los arcoíris se forman de una manera muy interesante; no son en sí objetos; son algo así como ilusiones ópticas generadas por la manera en que la luz solar alcanza gotas de agua suspendidas en el aire, producidas, quizá, por lluvia; de ahí su nombre.

Pero también podría tratarse de rocío producido por una cascada o algo así, en ese caso sería un arcoíris de rocío, o, en otros casos, arcoíris de niebla, etcétera. Lo que ocurre es que la luz solar llega a la gota de agua, penetra en el agua, rebota en la pared opuesta de la gota, se refleja y sale de la misma.

Esencialmente, esto significa que tienes que estar de espaldas a la luz solar mientras miras un arcoíris. Porque, si la luz solar viene desde allí, esta puede alcanzar las gotas, reflejarse en la pared opuesta de las gotas y volver en dirección a tus ojos.

ERIC: Así que, si buscan ver un arcoíris, deberán ponerse de espaldas al sol.

ZOE: Así es, la razón por la que vemos todos esos colores es porque cuando la luz penetra y sale de la gota de agua se refracta, lo que significa que cuando la luz penetra en un medio diferente, esta se dobla. Los distintos colores, las diferentes energías de la luz se doblan en diferentes proporciones.

Por ejemplo, la luz roja se dobla poco, la azul mucho, y así, y eso hace que los colores se dispersen. Así que, debido a esa refracción doble que se produce, una cuando la luz penetra en la gota de agua y la otra cuando sale, se da esa linda dispersión de luz que hace que veamos el arcoíris.

ERIC: ¿Y qué hay de los arcoíris dobles? No los vemos con la misma frecuencia, ¿por qué son más raros? ¿Qué hace que se produzcan los arcoíris dobles?

ZOE: Los arcoíris dobles son en realidad el mismo fenómeno. Técnicamente, todo arcoíris tiene un arcoíris doble, porque cada vez que la luz penetra en la gota de agua y se refleja, y luego sale de esta, parte de ella va a reflejarse de nuevo.

Eso significa que se producirán otras refracciones cuando la luz salga de las gotas y eso hará que se forme otro arcoíris en el cielo cerca del primero. Entonces, si esto ocurre siempre, si este fenómeno físico es siempre el mismo, ¿por qué vemos arcoíris dobles solo en algunas ocasiones?

Esto se debe a que esa cantidad de luz reflejada extra, que no es mucha, va a ser mucho más tenue. Por lo tanto, necesitas condiciones de visibilidad muy buenas para poder ver ese segundo arcoíris, que no es tan brillante como el primero.

ERIC: Así que cuando veamos un arcoíris siempre deberíamos intentar ver el otro, porque siempre está allí y podríamos lograr verlo.

ZOE: Sí, y si tienes mucha suerte, si las condiciones de visibilidad son muy buenas, podrías llegar a ver un arcoíris triple, porque esa reflexión puede repetirse indefinidamente, solo que se vuelve cada vez más tenue.

ERIC: Y mientras hablamos de arcoíris tenemos una nueva pregunta sobre ellos, la cual nos remite a la primera pregunta que hicimos en este pódcast.

Marian pregunta: ¿tienen los arcoíris solo siete colores? Eso suena arbitrario; ¿cuántos colores tienen en realidad?

ZOE: Me alegra mucho que alguien haya preguntado eso. Es una de mis curiosidades preferidas en relación al color. Los arcoíris son continuos; es solo que las longitudes de onda de la luz de entre algo así como 700 a 450 nanómetros son las únicas que pueden captar nuestros ojos.

¿Cómo es que terminamos viendo solo siete colores en el arcoíris si este en realidad es un espectro continuo? La respuesta la dio el viejo y querido Isaac Newton. Hace 350 años Newton estaba realizando unos experimentos en los que usaba prismas para descomponer la luz blanca y obtener los colores del arcoíris.

Cuando vio esos colores, observó que había determinadas franjas de colores. Al principio determinó que existían cinco franjas: roja, amarilla, verde, azul y violeta. Sin embargo, luego añadió dos más: la anaranjada y la añil. Y el motivo por el cual hizo esto es porque quería que hubieran siete colores específicamente, eso haría que los colores coincidieran con las siete notas de la escala musical, y la razón por la que quería que coincidieran se basaba en la filosofía de la Antigua Grecia, donde algunos filósofos pensaban que el siete era un número sagrado.

El motivo por el que tenemos tradicionalmente ese arcoíris de siete colores se debe a Isaac Newton y a los filósofos griegos de la antigüedad.

ERIC: Esas fueron todas las preguntas que teníamos para hoy; Zoe, muchas gracias por darnos todas estas respuestas acerca del color.

ZOE: Sí; muchas gracias por las preguntas, fue un placer estar aquí.

ERIC: Si desean que uno de los expertos que nos visitan o un educador del Museo de Ciencia responda sus preguntas, pueden enviarlas por correo electrónico a sciencequestions@mos.org.

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Eso fue todo por este episodio de Pulsar; acompáñennos de nuevo en breve.