Me kõik oleme näinud vikerkaart, kuid värvidemängu täpsem olemus on väga paljudele siiani mõistatus.
Vikerkaar on optiline nähtus, mida põhjustab päikesekiirte murdumine ja peegeldumine veepiiskadelt. Mõnikord võib vikerkaar tekkida ka kuukiirte või tehisvalgusallika abil.
Vikerkaart nähakse kõige sagedamini koos konvektsioon- või rünkpilvedega, sest need pilved on pigem üksikud vihmapilved kui paisuvad kihid. Tühikutega pilvede vahel on seal hea võimalus, et otsene päikesevalgus langeks vihmasajule.
Päikesevalgus läbib vihmapiisad ja peegeldub nende kaugematelt sisepindadelt tagasi päikese suunas. Kuna vihmapiiskadel on võime erineva lainepikkusega kiiri lahutada, näemegi me vikerkaart spektrivärvide kaarena.
Tavaliselt eristatakse lainepikkuse kahanemise järjekorras seitset värvust: punane, oranž, kollane, roheline, sinine, tumesinine ja violetne. Enamasti ei ole siiski neid kõiki võimalik eristada.
Meie silmad on sellise ehitusega, et suudame tajuda vaid vikerkaarevärve. Tegelikult on spektris punasest allpool aga infrapunane ja violetsest ülevalpool ultravioletne. Paljud loomad suudavad ka neid värve näha.
Vikerkaare tekkimist aitab mõista hommikuse kaste ja hoovihmajärgse muru vaatlemine, sest just siis võime rohul päikese käes märgata üksikuid eredavärvilisi veepiisku. Kui liigutame veidi oma pead, siis muudavad niisugused piisad värvi. Sobivas ulatuses pead liigutades, võime näha ühes piisas kõiki vikerkaare värve.
Ümmargusse veepiiska sisenenud valgus murdub oma esialgsest suunast piisa tsentri poole. Osa sellest valgusest peegeldub piisa tagaseinal piisa sisse tagasi ja piisast väljumisel murdub veel kord. Ümmarguses veepiisas muudavad sel viisil kõige rohkem kiiri oma suunda umbes 42° kaugusel Päikesele vastassuunast. Et vee murdumisnäitaja sõltub kuigivõrd lainepikkusest, siis kalduvad sinised kiired oma esialgsest suunast kõrvale rohkem kui punased.
Kesksuvel on Eestis Päike keskpäeval kõrgemal kui 42°. Siis ei ole tasasel maal võimalik vikerkaart näha, see jääb allapoole horisonti. Küll aga saab 42°-st kõrgema Päikese korral näha vikerkaart lennukilt ja näiteks kõrge maja aknast purskkaevu või vihmuti “vihmasajus”.
Küllalt sageli näeme eredat vikerkaart ümbritsemas teist kahvatumat vikerkaart umbes 51° kaugusel Päikese vastassuunast. Selle vikerkaare moodustavad need kiired, mis on veepiisas peegeldunud kaks korda, sellepärast on selle vikerkaare värvide järjestus vastupidine – seesmine serv on punane ja välimine sinine.
Vikerkaar saab tekkida veetilkades ka kolm ja rohkem kordi peegeldunud valgusest. Kuivõrd igal peegeldusel osa valgust väljub piisast, on iga järgmine vikerkaar nõrgem kui eelmine. Kolm korda piisas peegeldunud valgusest vikerkaar asub umbes 40° kaugusel Päikese suunast ja on juba nii nõrk, et seda pole võimalik eristada veepiiskadel ühekordselt hajunud valgusest.
Kui korraga paistab kaks või rohkem üksteise kohal asetsevat vikerkaart, siis nimetatakse madalamal olevat heledamat peavikerkaareks, teisi kõrvalvikerkaarteks.
Vihmapiiskade läbimõõt varieerub mõnest millimeetrist tugeva hoogsaju ajal mõne sajandiku millimeetrini uduvihmas. Suuremad vihmapiisad deformeeruvad kukkudes õhutakistuse tõttu, sellepärast ei ole suurtel piiskadel tekkiv vikerkaar päris täpselt ringi kaar.
Uduvihma piisad on nii väikesed, et lisaks piiskadelt ja piiskades peegeldumisele ning murdumisele hakkab rolli mängima ka valguse difraktsioon piiskadel. Mida väiksemad piisad, seda olulisemaks muutub difraktsiooni osa vikerkaare väljanägemise kujundamisel. Üksiku piisa difraktsioonipildiks on kontsentrilised ringid, kus iga järgmine vööt on eelmisest nõrgem. Kuivõrd valguse difraktsioonis kõrvalekaldumine oleneb lainepikkusest, on ka difraktsioonipilt värviline – eri värvi valguse hajumise maksimumid on eri kaugusel valguse esialgsest levikusuunast. Vikerkaares tekitab difraktsioon korduvad kaared, mis on vahetult põhivikerkaare kõrval. Iga järgmine kaar on eelmisest samavärvi kaarest kahvatum.
Väga väikeste piiskadega udus hakkab valguse difraktsioon piiskadel domineerima ja difraktsioonipildi heledus kahaneb nurkkauguse kasvades aeglasemalt. Tulemuseks on suhteliselt lai ja peaaegu valge vikerkaar, mille seesmine serv on sinakas ja välimine serv roosakas.
