Thông thường, sự khúc xạ ánh sáng chỉ tạo ra cầu vồng bậc 2 có thể nhìn thấy được. Cho đến tận bây giờ, chưa từng ai nhìn thấy vòng cung thứ 3 hay thứ 4 của cầu vồng trên bầu trời.

Sự hình thành của cầu vồng thường do sự khúc xạ, bẻ cong ánh sáng mặt trời qua những giọt nước mưa. Các màu sắc của ánh sáng trắng bị tán xạ trong quá trình này bởi chúng có tốc độ di chuyển khác nhau trong nước. Ánh sáng tán xạ sẽ tập trung thành 1 vòng cung đối diện với mặt trời và xuất hiện ở điểm mà mắt thường có thể quan sát được, đó chính là cầu vồng.

Tuy nhiên, 1 số ánh sáng có xu hướng thoát ra nhanh khỏi quá trình tán xạ, bị bẻ cong theo 1 góc khác và tạo nên chiếc cầu vồng thứ 2. Thậm chí, 1 tỉ lệ nhỏ hơn các tia sáng còn tạo nên chiếc cầu vồng thứ 3 và thứ 4. Do tỉ lệ này rất nhỏ, nên cầu vồng cấp 3 và 4 thường rất mờ nhạt và khó có thể nhìn thấy hoặc chụp ảnh lại được.

Hình ảnh cầu vồng bậc 4 rất khó quan sát bằng mắt thường
và không có gì khác biệt so với bình thường.

Mới đây, hình ảnh của cầu vồng bậc 4 đã được chụp lại và đăng tải trên tạp chí khoa học Applied Optics (Mỹ). Tuy nhiên, hình ảnh của cầu vồng bậc 3 và bậc 4 không hiển thị thực sự rõ ràng, mà phải qua những quá trình xử lý ảnh và phóng lớn mới có thể nhận thấy sự hiện diện. Điều này là do 2 cầu vồng bậc 3 và bậc 4 có khoảng cách xa hơn so với những chiếc cầu vồng đôi thông thường.

Raymond Lee, tác giả của hình ảnh được đăng tải và là một nhà khí tượng học tại Học viện Hải quân Mỹ, đã từng chụp được 5 hình ảnh ví dụ minh họa cho sự hiện diện của cầu vồng bậc 4. Ông Lee đã nghiên cứu để rút ra các điều kiện để có thể xảy ra cầu vồng bậc 4 và tìm đến những nơi đáp ứng đủ điều kiện đó để “săn” ảnh cầu vồng.

Chỉ khi qua quá trình xử lý đặc biệt mới nhận ra
được sự hiện diện của cầu vồng thứ 3 và thứ 4

Theo đó, ông Lee cho biết có thể tìm thấy cầu vồng bậc 4 ở những nơi có nhiều mây đen sau cơn bão, và có những giọt nước mưa với kích cỡ đồng đều. Bởi vì cầu vồng bậc 4 thường rất mờ nhạt, nhiều bức ảnh đã phải trải qua các quá trình xử lý đặc biệt mới có thể nhìn thấy sự hiện diện của cầu vồng.

Đây là lần đầu tiên hình ảnh cầu vồng bậc 4 được ghi lại. Hồi tháng 5/2011, Michael Grossman, thành viên của Hiệp hội quan sát các hiện tượng khi quyển Đức, cũng đã “săn” được những hình ảnh cầu vồng bậc 3 và tìm thấy chúng trên bầu trời sau 1 cơn bão ở thành phố Kaempfelbach, tây nam nước Đức.

Sau đó, vào tháng 6, một “thợ săn cầu vồng” khác, Michael Theusner, cũng đã chụp được hình ảnh cầu vồng bậc 3 tại thành phố Bremerhaven, miền bắc nước Đức.

Thật không may, vì các điều kiện xuất hiện hiếm hoi và khoảng cách xa của cầu vồng bậc 3 và bậc 4 trên bầu trời nên chúng trở nên gần như là vô hình đối với mắt thường của người quan sát. Tuy nhiên, đây cũng là hình ảnh chụp được đầu tiên cầu vồng bậc 4 của các “thợ săn cầu vồng”.