¿Qué causa estos efectos de arcoíris al usar un filtro polarizador en un avión?

Lo que está viendo es estrés en la ventana que resulta en birrefringencia : la velocidad de propagación de la luz polarizada depende de la dirección de polarización.

En la configuración que tiene, la luz en el cielo está parcialmente polarizada porque así es como funciona la dispersión de Rayleigh; esta luz parcialmente polarizada se transmite a través de la ventana donde gira (debido a la birrefringencia) dependiendo de la tensión. El polarizador de su cámara actúa como analizador : parte de la luz polarizada estará más en ángulo recto, mientras que otra luz será más paralela al eje del segundo filtro.

Ahora, la birrefringencia es una función de la longitud de onda: por lo tanto, los diferentes colores rotarán en diferentes cantidades y serán más o menos atenuados. Y esto es lo que da origen a los colores.

Aquí hay un ejemplo de una imagen de una caja de plástico con tensiones incorporadas vista a través de una fuente de polarizadores cruzados :

ACTUALIZACIÓN : por qué la dispersión de Rayleigh conduce a la luz polarizada:

En este sitio web leemos:

El ejemplo más común de dispersión de Rayleigh es la dispersión de la radiación visible del Sol por parte de átomos neutros (principalmente nitrógeno y oxígeno) en la atmósfera superior. La frecuencia de la radiación visible es mucho menor que las frecuencias de emisión típicas de un átomo de nitrógeno u oxígeno (que se encuentran en la banda ultravioleta), por lo que ciertamente es el caso de que$\omega \ll \omega_0$. Cuando el Sol está bajo en el cielo, la radiación que emite tiene que recorrer un camino comparativamente largo a través de la atmósfera antes de llegar a nosotros. En estas circunstancias, la dispersión de la luz solar directa por parte de los átomos neutros en la atmósfera se hace notoria.

En la dispersión de Rayleigh, los electrones alrededor de un átomo son un oscilador armónico simple impulsado: clásicamente, puedes pensar en él como una nube negativa que puede moverse con respecto a un centro positivo, y si pudieras desplazarlo, vibraría alrededor de su equilibrio. posición con cierta frecuencia$\omega_0$. Ahora, cuando excitas esta nube con una señal eléctrica transversal (una onda EM similar a la luz), emitirá luz principalmente en ángulo recto con el eje de excitación; de hecho, hay una$\left(\frac{\omega}{\omega_0}\right)^4\sin^2\theta$término en la distribución de intensidad. Esto nos dice que la intensidad de la luz dispersada cae rápidamente para longitudes de onda más largas (la clave es azul) y también que cuando el sol está a tu derecha, la polarización del cielo será en dirección arriba/abajo (perpendicular a la línea desde el sol hasta el punto). Esto se explica con más detalle en este sitio web sobre polarización , que también es la fuente de esta animación que muestra la dirección de polarización que espera: