彩(cai)(cai)虹(hong)是由將太(tai)(tai)陽(yang)光分(fen)解(jie)成不同波長或顏(yan)色的(de)(de)水滴形成的(de)(de)。而我(wo)們平時看見(jian)的(de)(de)彩(cai)(cai)虹(hong)只是半弧(hu)形的(de)(de),這是因為地(di)平線(xian)擋住了(le)它的(de)(de)下半部分(fen)。而太(tai)(tai)陽(yang)的(de)(de)高度可以(yi)決(jue)定(ding)彩(cai)(cai)虹(hong)弧(hu)度的(de)(de)多少,太(tai)(tai)陽(yang)在天空中越低,彩(cai)(cai)虹(hong)的(de)(de)底部就越高。因此(ci)站得越高,看到的(de)(de)彩(cai)(cai)虹(hong)弧(hu)度就越完(wan)整(zheng)。
由于地球表面(mian)是一(yi)個曲面(mian)并且被(bei)厚厚的(de)(de)大氣(qi)所(suo)覆蓋,雨后(hou)空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)水含量比平時(shi)高,當(dang)陽光(guang)照射(she)入空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)小水滴(di)時(shi)就形(xing)(xing)成了(le)(le)折(zhe)(zhe)射(she)。同時(shi)由于地球表面(mian)的(de)(de)大氣(qi)層(ceng)為一(yi)弧(hu)面(mian)從而導致了(le)(le)陽光(guang)在表面(mian)折(zhe)(zhe)射(she)形(xing)(xing)成了(le)(le)我們所(suo)見到的(de)(de)弧(hu)形(xing)(xing)彩虹。
來(lai)自西澳大利亞州佩斯的(de)攝(she)影師科林-萊(lai)昂哈特在旅行經過科茨洛(luo)灘時,拍(pai)到了一(yi)個全圓形彩虹。
科林說:“我們(men)(men)當時在(zai)結(jie)束一(yi)次航(hang)拍的返程途中,直(zhi)升(sheng)機(ji)經(jing)過(guo)一(yi)片陣雨(yu)(yu)區。當我們(men)(men)穿過(guo)雨(yu)(yu)區邊緣的時候(hou),太陽(yang)正在(zai)落山,位置很低,陽(yang)光(guang)正好打造出這一(yi)奇特(te)的彩虹。它就在(zai)我們(men)(men)的正前方(fang)形(xing)成了(le)。”
于是科林拿出相機(ji),抓(zhua)拍(pai)下(xia)了全圓形彩(cai)虹的形成過程。
據美(mei)國國家航(hang)空航(hang)天(tian)局介(jie)紹,全圓形彩(cai)虹(hong)現象和觀測者位置有很大關系(xi),主(zhu)要是由雨滴對(dui)陽(yang)光的內反射(she)形成的。
空中(zhong)漂浮(fu)的(de)(de)小水(shui)(shui)滴(di)(di)就像(xiang)一個個球形透鏡,陽(yang)光(guang)射(she)入水(shui)(shui)滴(di)(di)后(hou),經過(guo)折(zhe)射(she)、反射(she)再折(zhe)射(she)出來,進入我(wo)們(men)的(de)(de)眼(yan)睛。本(ben)來的(de)(de)白光(guang)進入水(shui)(shui)滴(di)(di)后(hou),會像(xiang)牛(niu)頓的(de)(de)三棱(leng)鏡實(shi)驗一樣,由于折(zhe)射(she)而(er)分成(cheng)不同的(de)(de)色光(guang),所以彩虹才有不同的(de)(de)顏色。
空氣中(zhong)布滿水滴,為什么我們(men)只看到(dao)一道彩(cai)虹(hong),而不是(shi)(shi)到(dao)處(chu)都有彩(cai)虹(hong)呢(ni)?這(zhe)是(shi)(shi)因為光(guang)線入(ru)射水珠的(de)(de)位置,只有一個(ge)角度(du)會讓折(zhe)射出的(de)(de)光(guang)線強度(du)最大(見(jian)圖A)。這(zhe)就是(shi)(shi)解讀彩(cai)虹(hong)現象的(de)(de)最基本原理:入(ru)射光(guang)和眼睛見(jian)到(dao)色光(guang)的(de)(de)視線間有一個(ge)固定的(de)(de)夾(jia)角。
因此,并(bing)不是(shi)只有(you)空中某些特別的水珠(zhu)會產生彩虹,而是(shi)只有(you)在特定角度的水珠(zhu)所折射出來的色(se)光(guang)才能進入我們的眼睛。這個角度和不同色(se)光(guang)的折射率有(you)關(guan),例如紅光(guang)的折射率較小,夾(jia)角較大(da)(約42°13');反(fan)之(zhi),紫(zi)光(guang)折射率小,夾(jia)角就(jiu)較小(約40°30')。這就(jiu)造成紅色(se)在上、紫(zi)色(se)在下的彩虹。
因為(wei)陽光是(shi)平行入射(she),由上述(shu)原理和(he)“并(bing)行線同位角(jiao)相(xiang)等”定理,進入眼中(zhong)的(de)色光會(hui)因為(wei)空氣中(zhong)的(de)水珠層(ceng)厚度的(de)增加而加強,這就(jiu)是(shi)為(wei)什么大雨(yu)(yu)后(hou)的(de)彩虹較清楚、小雨(yu)(yu)后(hou)的(de)較淡薄的(de)原因。
由(you)于(yu)固定夾角的限制(zhi),當太陽在我們頭上時,折射(she)的光線不能進入眼睛,所以看不到彩(cai)虹(hong)。必須到下午4點以后,彩(cai)虹(hong)才會在山巒或城市的天際出現,而且(qie)隨著時間越接近傍(bang)晚(wan),彩(cai)虹(hong)的位置會越高,這也是前述基(ji)本原理(li)的應用。
根據同(tong)樣(yang)的原理,考慮以通過眼睛(jing)平行于入(ru)射(she)陽光(guang)的直(zhi)線(xian)為軸,旋轉(zhuan)在你(ni)眼中(zhong)造成彩虹的入(ru)射(she)光(guang)線(xian),這時,進入(ru)眼睛(jing)的折射(she)色(se)光(guang),會轉(zhuan)出一(yi)個(ge)圓(yuan)錐面(mian)。如果(guo)入(ru)射(she)光(guang)與地面(mian)不平行(例如下午4點時),這個(ge)圓(yuan)錐面(mian)投射(she)到我們(men)眼里(li),看起來只是一(yi)段短圓(yuan)弧。但是到了傍晚,陽光(guang)平行于地面(mian)時,我們(men)眼中(zhong)的彩虹,就幾乎是正半圓(yuan)。
由(you)于地球(qiu)(qiu)表(biao)面(mian)(mian)是(shi)一(yi)個(ge)曲面(mian)(mian)并且(qie)被(bei)厚厚的(de)(de)大氣(qi)(qi)所(suo)覆蓋,雨后空氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)水含量(liang)比平時(shi)高(gao),當陽光(guang)照(zhao)射(she)入空氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)小水滴時(shi)就形(xing)(xing)成了(le)(le)折(zhe)射(she)。同時(shi)由(you)于地球(qiu)(qiu)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)大氣(qi)(qi)層為一(yi)弧(hu)(hu)面(mian)(mian)從而導致了(le)(le)陽光(guang)在表(biao)面(mian)(mian)折(zhe)射(she)形(xing)(xing)成了(le)(le)我們所(suo)見到(dao)的(de)(de)弧(hu)(hu)形(xing)(xing)彩虹。
科(ke)學證明,所有的彩虹都(dou)是全圓(yuan)形的,只是我們平時無法從地(di)面上看到(dao)。想要看到(dao)全圓(yuan)形彩虹是非常(chang)難(nan)得的,必(bi)須具(ju)備“天時地(di)利”的條(tiao)件,所以通常(chang)只有飛(fei)行員才能見到(dao)這種自然奇觀。
火焰(yan)彩(cai)(cai)虹(hong),是極(ji)為少見的景象(xiang),只有太陽處于天頂,太陽光穿(chuan)射過高海拔處的卷(juan)云,并且卷(juan)云富(fu)含冰晶時(shi),火焰(yan)彩(cai)(cai)虹(hong)才有可能產生。火焰(yan)彩(cai)(cai)虹(hong)也叫彩(cai)(cai)虹(hong)云。
氣(qi)象官員又將冰彩虹稱作"22度虹",因(yin)為這種(zhong)(zhong)環形結構(gou)是在太陽(yang)周(zhou)圍22度范圍內(nei)形成的。這種(zhong)(zhong)視覺現象是由大氣(qi)里的盤狀(zhuang)冰晶(jing)(jing)反射(she)陽(yang)光形成的冰彩虹,這些冰晶(jing)(jing)所在的云(yun)團(tuan)一(yi)般(ban)很薄,而(er)且是一(yi)簇(cu)簇(cu)聚集在一(yi)起,常被(bei)稱作卷(juan)云(yun)。只有當太陽(yang)升得很高(gao)(大約位于(yu)地(di)平(ping)線上(shang)方58度范圍內(nei)),而(er)且它發(fa)出(chu)的光正好(hao)從(cong)高(gao)空卷(juan)云(yun)里穿過時,才(cai)能看到這種(zhong)(zhong)罕見現象。太陽(yang)的高(gao)度決(jue)定了這種(zhong)(zhong)光暈的清晰度。而(er)且卷(juan)云(yun)里的冰晶(jing)(jing)必須(xu)呈六邊形,而(er)且薄薄的冰片必須(xu)與地(di)面平(ping)行(xing)。
我們都(dou)知道,彩虹(hong)(hong)(hong)是(shi)經常(chang)(chang)在(zai)雨后出(chu)(chu)現的(de),而且經常(chang)(chang)會出(chu)(chu)現。但是(shi),這(zhe)種月亮彩虹(hong)(hong)(hong)并不經常(chang)(chang)被人們看(kan)到。因為月亮彩虹(hong)(hong)(hong)形成的(de)條件比較少見,它一般都(dou)是(shi)在(zai)滿(man)(man)月或者是(shi)馬上(shang)就(jiu)(jiu)滿(man)(man)月的(de)夜晚,而且還需要在(zai)月亮低垂的(de)時候才會發生這(zhe)種現象。這(zhe)種月亮彩虹(hong)(hong)(hong)看(kan)起來特別的(de)獨(du)特,非常(chang)(chang)漂(piao)亮。最經常(chang)(chang)看(kan)到月亮彩虹(hong)(hong)(hong)的(de)地方就(jiu)(jiu)是(shi)在(zai)美(mei)國的(de)坎伯蘭大瀑布那里,還可(ke)以看(kan)到很漂(piao)亮的(de)月亮彩虹(hong)(hong)(hong)。