Ein Regenbogen ist ein optisches Phänomen, das mit Reflexion und Brechung des Sonnenlichts zu tun hat.
Ein sichtbarer Regenbogen entsteht, wenn die Sonne auf eine Regenwand scheint und die Sonne nicht höher steht als 42°, wobei der Betrachter mit dem Rücken zur Sonne auf die Regenwand blickt.
Der Regenbogen entsteht wie folgt:
Im freien Fall sieht ein Regentropfen aus wie eine annähernd perfekte Kugel (lediglich deformiert durch den Luftwiederstand).
Trifft ein Lichtstrahl nun auf diesen Wassertropfen, dringt der Strahl in den Tropfen ein und wird gebrochen. Da verschiedene Farbbestandteile des weißen Sonnenlichtes unterschiedlich stark gebrochen werden, wird der Strahl an dieser Stelle schon "aufgefächert"; blaue Anteile des Lichts werden stärkter gebrochen als rote.
An der "Rückwand" des Wassertropfens (also der Innenseite) wird der aufgefächerte Strahl reflektiert und wieder aus dem Tropfen hinaus-"geworfen". Bei dem Übergang vom Wassertropfen zurück in die Luft wird das Licht wieder gebrochen, das blaue wieder etwas stärker als das rote, so dass das Licht weiter aufgefächert bzw. deutlicher in seine Farben zerlegt wird.
Der Winkel zwischen dem einfallenden und dem austretenden Licht beträgt je nach Wellenlänge (also Farbe) des Lichts ca. 40-42°.
Trifft dieses Licht aus dem Wassertropfen jetzt auf das Auge des Betrachters, sieht dieser einen Regenbogen; das rote Licht ist außen (wird weniger stark gebrochen / abgelenkt), das blaue innen im Regenbogen.
Die Reflexionen und Lichtbrechungen sind für den Betrachter in allen Wassertropfen sichtbar, die in dem Winkel von ca. 40-42° das Sonnenlicht in sein Auge werfen. Daher ist der Regenbogen ein Bogen und keine gerade Linie.
Die Position des Regenbogen hängt also von der Position des Betrachters und der Position der Sonne ab. Steht die Sonne zu hoch, entsteht zwar auch eine Reflexion und eine Brechung, aber das Licht wird wird unter den Horizont abgelenkt, wo ein Betrachter ihn nicht mehr sehen kann.
Ein doppelter Regenbogen entsteht, wenn das Licht innerhalb des Tropfens zweimal reflektiert wird. Der zweite Bogen ist deutlich schwächer, da das Licht bei den zwei Reflexionen nur zu einem Bruchteil reflektiert wird; der Rest verlässt den Wassertropfen auf der gegenüberliegenden Seite.
Desweiteren ist der zweite, immer außerhalb liegende Regenbogen farblich umgekehrt; hier ist blau außen, rot innen.
Es gibt noch weitere, komplexere Vorgänge innerhalb eines Regenbogens, für deren Erklärung ich aber auf die Weiten des Internets verweise.