Un arc-en-ciel se forme lorsque la lumière du soleil brille à travers des gouttes d’eau en suspension dans l’air, comme après une pluie ou une averse. La lumière blanche du soleil est en fait constituée de différentes couleurs, chacune ayant une longueur d’onde différente. Lorsque la lumière blanche pénètre dans une goutte d’eau, elle est réfractée ou déviée, puis réfléchie à l’intérieur de la goutte, de manière à ce que chaque couleur soit séparée.
Quand la lumière atteint la surface arrière de la goutte, elle est à nouveau réfractée et émerge en formant un angle de 42 degrés par rapport à l’angle d’incidence de la lumière. Les différentes couleurs se séparent ainsi en un spectre de couleurs, qui apparaît sous la forme d’un arc-en-ciel dans le ciel.
L’arc-en-ciel est souvent double car la lumière qui le forme est réfractée deux fois. Lorsqu’un rayon de lumière pénètre dans une goutte d’eau, il est réfracté, c’est-à-dire qu’il change de direction en fonction de l’indice de réfraction de l’eau. La lumière est ensuite réfléchie sur la surface intérieure de la goutte, puis elle est réfractée à nouveau lorsqu’elle sort de la goutte. Cela crée deux angles de réfraction différents, qui produisent les deux arcs de l’arc-en-ciel. L’arc-en-ciel primaire est le plus brillant et le plus grand, et il est situé à l’extérieur de l’arc-en-ciel secondaire, qui est plus faible et plus petit.