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彩虹(hong)(hong)是(shi)由將太(tai)陽(yang)光分解成不同波(bo)長(chang)或顏色的(de)(de)水滴(di)形(xing)成的(de)(de)。而我們(men)平(ping)時看見(jian)的(de)(de)彩虹(hong)(hong)只是(shi)半(ban)弧(hu)形(xing)的(de)(de)，這(zhe)是(shi)因(yin)為地平(ping)線(xian)擋住了它的(de)(de)下(xia)半(ban)部分。而太(tai)陽(yang)的(de)(de)高度(du)可以決定彩虹(hong)(hong)弧(hu)度(du)的(de)(de)多少，太(tai)陽(yang)在天空(kong)中(zhong)越(yue)(yue)低，彩虹(hong)(hong)的(de)(de)底部就越(yue)(yue)高。因(yin)此(ci)站得越(yue)(yue)高，看到(dao)的(de)(de)彩虹(hong)(hong)弧(hu)度(du)就越(yue)(yue)完整。

形成原因

由(you)于地球表(biao)面(mian)是(shi)一個(ge)曲(qu)面(mian)并且被厚厚的(de)(de)大(da)氣(qi)所(suo)覆蓋，雨后空(kong)氣(qi)中的(de)(de)水(shui)(shui)含量比平時(shi)高，當陽光(guang)照射入空(kong)氣(qi)中的(de)(de)小水(shui)(shui)滴時(shi)就(jiu)形(xing)成了折(zhe)射。同時(shi)由(you)于地球表(biao)面(mian)的(de)(de)大(da)氣(qi)層(ceng)為一弧面(mian)從而導致(zhi)了陽光(guang)在表(biao)面(mian)折(zhe)射形(xing)成了我(wo)們所(suo)見到的(de)(de)弧形(xing)彩(cai)虹。

目擊現場

來(lai)自西澳大利亞州佩斯的攝(she)影(ying)師(shi)科林-萊昂哈特在旅(lv)行經過科茨洛灘時，拍到了一個全圓(yuan)形彩虹。

科(ke)林說(shuo)：“我們當(dang)時在(zai)結束一(yi)次航拍(pai)的(de)(de)返程途中，直升(sheng)機經過一(yi)片陣雨區。當(dang)我們穿(chuan)過雨區邊緣的(de)(de)時候，太陽正在(zai)落山，位置很低，陽光正好打(da)造(zao)出這一(yi)奇特的(de)(de)彩虹(hong)。它(ta)就在(zai)我們的(de)(de)正前方(fang)形成了。”

于是科林拿出相機，抓(zhua)拍下了全圓形彩虹(hong)的(de)形成過程。

據美(mei)國(guo)(guo)國(guo)(guo)家航(hang)空航(hang)天局介紹，全圓形(xing)彩虹現(xian)象和觀(guan)測(ce)者位置有很大(da)關系，主(zhu)要是由雨滴對陽光的內反(fan)射(she)形(xing)成的。

形成條件

空中漂浮的(de)(de)小水(shui)滴(di)就像一個個球形透鏡，陽光射(she)(she)(she)入(ru)水(shui)滴(di)后，經過折(zhe)射(she)(she)(she)、反射(she)(she)(she)再(zai)折(zhe)射(she)(she)(she)出來(lai)，進(jin)入(ru)我們的(de)(de)眼睛。本(ben)來(lai)的(de)(de)白光進(jin)入(ru)水(shui)滴(di)后，會像牛頓的(de)(de)三棱(leng)鏡實驗一樣，由于折(zhe)射(she)(she)(she)而(er)分成(cheng)不(bu)同的(de)(de)色光，所以(yi)彩虹(hong)才(cai)有不(bu)同的(de)(de)顏色。

空氣中布滿水滴，為什么我們只(zhi)看到一道(dao)彩(cai)虹(hong)，而(er)不是到處都有彩(cai)虹(hong)呢(ni)?這是因(yin)為光(guang)(guang)線入射水珠的位置，只(zhi)有一個角(jiao)度會讓折射出的光(guang)(guang)線強度最(zui)大(見圖A)。這就(jiu)是解讀彩(cai)虹(hong)現象的最(zui)基本原理：入射光(guang)(guang)和眼睛(jing)見到色光(guang)(guang)的視線間有一個固定的夾角(jiao)。

因(yin)此，并不是(shi)只有空中某(mou)些特(te)別的(de)(de)(de)水(shui)珠會產(chan)生彩虹(hong)，而是(shi)只有在特(te)定(ding)角度(du)的(de)(de)(de)水(shui)珠所折(zhe)(zhe)射(she)出來的(de)(de)(de)色(se)光(guang)(guang)(guang)才能(neng)進入我們的(de)(de)(de)眼睛。這(zhe)個角度(du)和不同色(se)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)有關，例如紅光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)較(jiao)小，夾(jia)(jia)角較(jiao)大(約(yue)42°13')；反之(zhi)，紫(zi)光(guang)(guang)(guang)折(zhe)(zhe)射(she)率(lv)(lv)小，夾(jia)(jia)角就較(jiao)小(約(yue)40°30')。這(zhe)就造成紅色(se)在上(shang)、紫(zi)色(se)在下的(de)(de)(de)彩虹(hong)。

因為陽光是(shi)平行入射(she)，由上(shang)述(shu)原理和“并行線同位角相等”定(ding)理，進入眼(yan)中的(de)(de)色光會因為空氣中的(de)(de)水珠層厚度(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)而加(jia)強，這(zhe)就是(shi)為什(shen)么大雨后的(de)(de)彩虹較清(qing)楚、小雨后的(de)(de)較淡薄的(de)(de)原因。

由于(yu)固定夾角的(de)(de)限(xian)制，當太陽在我們頭(tou)上時，折射的(de)(de)光(guang)線不(bu)能進入眼(yan)睛，所以看不(bu)到彩(cai)虹。必(bi)須到下(xia)午4點以后，彩(cai)虹才會在山巒或城(cheng)市的(de)(de)天際出現，而(er)且(qie)隨(sui)著時間越(yue)接(jie)近傍晚，彩(cai)虹的(de)(de)位置會越(yue)高(gao)，這也(ye)是前述基本原理的(de)(de)應(ying)用。

根據同樣的(de)原理，考慮以通過眼(yan)睛平行于入射陽光的(de)直線(xian)為軸，旋轉(zhuan)在你(ni)眼(yan)中(zhong)造成彩虹的(de)入射光線(xian)，這時(shi)，進入眼(yan)睛的(de)折射色光，會(hui)轉(zhuan)出一個圓(yuan)錐(zhui)面(mian)(mian)。如果入射光與地(di)面(mian)(mian)不(bu)平行(例如下午4點時(shi))，這個圓(yuan)錐(zhui)面(mian)(mian)投射到我們(men)(men)眼(yan)里，看(kan)起來(lai)只(zhi)是一段短圓(yuan)弧。但是到了傍晚，陽光平行于地(di)面(mian)(mian)時(shi)，我們(men)(men)眼(yan)中(zhong)的(de)彩虹，就幾乎是正半圓(yuan)。

由于(yu)地球表(biao)面(mian)(mian)是一個曲面(mian)(mian)并(bing)且被厚厚的(de)(de)大氣(qi)所覆蓋，雨后空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)水(shui)含量比平(ping)時(shi)高(gao)，當陽(yang)光照(zhao)射(she)入空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)小水(shui)滴時(shi)就形(xing)成(cheng)了(le)折(zhe)射(she)。同時(shi)由于(yu)地球表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)大氣(qi)層(ceng)為一弧(hu)面(mian)(mian)從而導致(zhi)了(le)陽(yang)光在表(biao)面(mian)(mian)折(zhe)射(she)形(xing)成(cheng)了(le)我(wo)們所見到的(de)(de)弧(hu)形(xing)彩虹。

科學(xue)證明，所有的(de)彩虹都是(shi)全圓形的(de)，只是(shi)我們平時無法從(cong)地面上看到。想要看到全圓形彩虹是(shi)非常難得的(de)，必須具備“天時地利”的(de)條(tiao)件，所以通(tong)常只有飛行員才能見到這(zhe)種自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火(huo)焰彩(cai)虹(hong)，是極(ji)為少見的景象(xiang)，只(zhi)有太(tai)陽處于(yu)天頂，太(tai)陽光(guang)穿射(she)過(guo)高海拔處的卷云(yun)，并且卷云(yun)富含冰晶(jing)時，火(huo)焰彩(cai)虹(hong)才有可能產生。火(huo)焰彩(cai)虹(hong)也叫彩(cai)虹(hong)云(yun)。

冰彩虹

氣象(xiang)(xiang)官員又將冰彩虹稱(cheng)作(zuo)(zuo)"22度(du)虹"，因為這(zhe)(zhe)種(zhong)環形(xing)結構是(shi)在太(tai)(tai)陽(yang)周圍22度(du)范圍內(nei)形(xing)成的(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)視覺現(xian)象(xiang)(xiang)是(shi)由大(da)(da)氣里(li)的(de)盤狀(zhuang)冰晶(jing)(jing)反射陽(yang)光(guang)形(xing)成的(de)冰彩虹，這(zhe)(zhe)些冰晶(jing)(jing)所(suo)在的(de)云團一般很(hen)薄，而(er)且是(shi)一簇(cu)簇(cu)聚集在一起(qi)，常被(bei)稱(cheng)作(zuo)(zuo)卷云。只有當太(tai)(tai)陽(yang)升得很(hen)高(gao)(大(da)(da)約位于地平(ping)線上(shang)方58度(du)范圍內(nei))，而(er)且它發出的(de)光(guang)正好從高(gao)空(kong)卷云里(li)穿過時，才能看到這(zhe)(zhe)種(zhong)罕見現(xian)象(xiang)(xiang)。太(tai)(tai)陽(yang)的(de)高(gao)度(du)決(jue)定(ding)了(le)這(zhe)(zhe)種(zhong)光(guang)暈的(de)清晰度(du)。而(er)且卷云里(li)的(de)冰晶(jing)(jing)必須呈(cheng)六邊形(xing)，而(er)且薄薄的(de)冰片必須與地面(mian)平(ping)行。

月亮彩虹

我們(men)都知道，彩(cai)虹(hong)是(shi)(shi)經(jing)常在(zai)(zai)雨(yu)后出(chu)現(xian)的(de)，而(er)且經(jing)常會(hui)出(chu)現(xian)。但(dan)是(shi)(shi)，這種月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)并不經(jing)常被人們(men)看(kan)到(dao)。因(yin)為月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)形成的(de)條件比較少見(jian)，它一(yi)般都是(shi)(shi)在(zai)(zai)滿月(yue)(yue)或者是(shi)(shi)馬上就(jiu)滿月(yue)(yue)的(de)夜晚，而(er)且還需(xu)要在(zai)(zai)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)低垂的(de)時候才(cai)會(hui)發生這種現(xian)象。這種月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)看(kan)起來特別(bie)的(de)獨特，非常漂(piao)亮(liang)(liang)。最經(jing)常看(kan)到(dao)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)的(de)地方(fang)就(jiu)是(shi)(shi)在(zai)(zai)美(mei)國(guo)的(de)坎伯(bo)蘭大瀑布那(nei)里，還可以看(kan)到(dao)很(hen)漂(piao)亮(liang)(liang)的(de)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)。