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彩虹(hong)(hong)是由將(jiang)太(tai)陽(yang)光(guang)分解成(cheng)不同波長或顏(yan)色(se)的(de)(de)(de)水(shui)滴(di)形成(cheng)的(de)(de)(de)。而(er)我們平(ping)時看見的(de)(de)(de)彩虹(hong)(hong)只是半弧(hu)(hu)形的(de)(de)(de)，這是因為地平(ping)線擋住了它的(de)(de)(de)下半部分。而(er)太(tai)陽(yang)的(de)(de)(de)高(gao)度可以決定彩虹(hong)(hong)弧(hu)(hu)度的(de)(de)(de)多少，太(tai)陽(yang)在(zai)天空中越(yue)低(di)，彩虹(hong)(hong)的(de)(de)(de)底部就(jiu)越(yue)高(gao)。因此站得越(yue)高(gao)，看到(dao)的(de)(de)(de)彩虹(hong)(hong)弧(hu)(hu)度就(jiu)越(yue)完(wan)整。

形成原因

由于(yu)地(di)球表(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并(bing)且被厚(hou)厚(hou)的大氣所覆蓋，雨后空(kong)氣中的水含量比平時高，當陽光照射入空(kong)氣中的小(xiao)水滴(di)時就形成了折射。同時由于(yu)地(di)球表(biao)面(mian)的大氣層為一弧面(mian)從而導致了陽光在表(biao)面(mian)折射形成了我們所見到的弧形彩虹。

目擊現場

來自西澳大利亞(ya)州佩斯的攝(she)影師(shi)科林-萊昂哈特在(zai)旅行經過科茨洛灘時，拍到了一個全圓形(xing)彩虹。

科林(lin)說：“我們(men)當時(shi)在(zai)結束(shu)一次航(hang)拍的(de)返程途中，直升(sheng)機經(jing)過(guo)一片陣雨(yu)區。當我們(men)穿(chuan)過(guo)雨(yu)區邊緣的(de)時(shi)候(hou)，太(tai)陽(yang)正(zheng)在(zai)落山，位置很低，陽(yang)光正(zheng)好打(da)造(zao)出這一奇特的(de)彩虹。它就在(zai)我們(men)的(de)正(zheng)前(qian)方形成了。”

于是科林(lin)拿出(chu)相(xiang)機，抓拍(pai)下了全圓形彩虹(hong)的形成過程。

據美(mei)國(guo)國(guo)家航(hang)空航(hang)天(tian)局介紹，全圓形彩虹現(xian)象(xiang)和觀測者位置(zhi)有很大關系，主要(yao)是由雨滴對陽光的內反(fan)射形成的。

形成條件

空中漂浮的小水(shui)滴(di)(di)就像(xiang)一(yi)(yi)個(ge)個(ge)球(qiu)形透鏡，陽光(guang)射(she)入水(shui)滴(di)(di)后，經(jing)過折射(she)、反射(she)再折射(she)出來，進入我(wo)們的眼睛。本來的白光(guang)進入水(shui)滴(di)(di)后，會像(xiang)牛頓(dun)的三棱鏡實(shi)驗一(yi)(yi)樣，由于折射(she)而分成(cheng)不(bu)同的色(se)(se)光(guang)，所(suo)以彩虹(hong)才有不(bu)同的顏(yan)色(se)(se)。

空氣中布滿水滴(di)，為(wei)什么我們只看(kan)到一(yi)(yi)道(dao)彩虹，而(er)不是(shi)(shi)(shi)到處(chu)都有(you)彩虹呢?這是(shi)(shi)(shi)因(yin)為(wei)光(guang)線(xian)入(ru)(ru)射(she)水珠(zhu)的(de)(de)位置，只有(you)一(yi)(yi)個角(jiao)度會讓折(zhe)射(she)出的(de)(de)光(guang)線(xian)強度最大(見圖A)。這就是(shi)(shi)(shi)解讀彩虹現象(xiang)的(de)(de)最基本原理：入(ru)(ru)射(she)光(guang)和眼睛見到色光(guang)的(de)(de)視線(xian)間有(you)一(yi)(yi)個固定(ding)的(de)(de)夾(jia)角(jiao)。

因此，并不是只有(you)(you)空(kong)中某些特(te)別的(de)(de)(de)水珠(zhu)會產生彩虹(hong)，而是只有(you)(you)在(zai)特(te)定角度的(de)(de)(de)水珠(zhu)所折(zhe)射(she)出來的(de)(de)(de)色(se)光(guang)(guang)才(cai)能進入(ru)我們的(de)(de)(de)眼(yan)睛。這個角度和不同色(se)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)射(she)率(lv)有(you)(you)關，例如紅光(guang)(guang)的(de)(de)(de)折(zhe)射(she)率(lv)較小，夾角較大(約42°13')；反之，紫(zi)(zi)光(guang)(guang)折(zhe)射(she)率(lv)小，夾角就較小(約40°30')。這就造成紅色(se)在(zai)上(shang)、紫(zi)(zi)色(se)在(zai)下的(de)(de)(de)彩虹(hong)。

因為(wei)陽光(guang)是平行入(ru)射，由上述原理和“并行線(xian)同位角相等”定理，進入(ru)眼(yan)中(zhong)的(de)(de)(de)色光(guang)會因為(wei)空氣中(zhong)的(de)(de)(de)水珠層(ceng)厚度的(de)(de)(de)增加而加強，這就是為(wei)什么大雨(yu)后的(de)(de)(de)彩(cai)虹較(jiao)清楚、小雨(yu)后的(de)(de)(de)較(jiao)淡薄的(de)(de)(de)原因。

由于固(gu)定夾角的限制，當太陽在我(wo)們頭上時(shi)，折射的光線(xian)不能進(jin)入眼睛，所以看不到彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)。必須到下午4點以后(hou)，彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)才會在山巒(luan)或城市的天際出(chu)現，而且隨著(zhu)時(shi)間越接近(jin)傍晚，彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)的位置會越高(gao)，這(zhe)也是前述基本原(yuan)理的應(ying)用。

根據同樣(yang)的(de)原理(li)，考慮以通過眼(yan)(yan)睛平行于入(ru)射(she)(she)陽光(guang)的(de)直(zhi)線為軸，旋轉在你眼(yan)(yan)中(zhong)造(zao)成彩虹(hong)的(de)入(ru)射(she)(she)光(guang)線，這時，進入(ru)眼(yan)(yan)睛的(de)折射(she)(she)色光(guang)，會轉出一(yi)個(ge)圓(yuan)(yuan)(yuan)錐(zhui)面(mian)。如果入(ru)射(she)(she)光(guang)與地(di)面(mian)不平行(例(li)如下午4點(dian)時)，這個(ge)圓(yuan)(yuan)(yuan)錐(zhui)面(mian)投射(she)(she)到(dao)我們眼(yan)(yan)里，看起來只是一(yi)段(duan)短圓(yuan)(yuan)(yuan)弧。但是到(dao)了傍晚，陽光(guang)平行于地(di)面(mian)時，我們眼(yan)(yan)中(zhong)的(de)彩虹(hong)，就幾乎是正(zheng)半圓(yuan)(yuan)(yuan)。

由于地(di)(di)球表(biao)面是一個(ge)曲面并且被厚厚的大氣所覆蓋(gai)，雨后空氣中的水含量比平時高，當(dang)陽(yang)光照射入空氣中的小水滴時就形(xing)成了折射。同(tong)時由于地(di)(di)球表(biao)面的大氣層為一弧面從而導致了陽(yang)光在表(biao)面折射形(xing)成了我們所見到的弧形(xing)彩虹。

科學證明(ming)，所有(you)的彩虹都是全(quan)圓(yuan)形(xing)的，只是我們平時(shi)無法(fa)從(cong)地面上看到(dao)。想要看到(dao)全(quan)圓(yuan)形(xing)彩虹是非(fei)常難得的，必須具備“天時(shi)地利”的條件，所以通常只有(you)飛行(xing)員才能(neng)見到(dao)這(zhe)種自然奇(qi)觀(guan)。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩虹，是極為少(shao)見的(de)景象(xiang)，只有太(tai)陽處(chu)于天頂(ding)，太(tai)陽光穿射過(guo)高海拔處(chu)的(de)卷云(yun)(yun)，并且卷云(yun)(yun)富含冰晶時，火焰彩虹才有可(ke)能產生。火焰彩虹也叫彩虹云(yun)(yun)。

冰彩虹

氣象(xiang)(xiang)官(guan)員又將冰(bing)(bing)(bing)彩虹稱作"22度(du)虹"，因(yin)為這(zhe)種(zhong)(zhong)環形(xing)(xing)(xing)結構是(shi)(shi)在(zai)太(tai)陽(yang)周(zhou)圍22度(du)范(fan)(fan)圍內形(xing)(xing)(xing)成(cheng)的。這(zhe)種(zhong)(zhong)視覺現象(xiang)(xiang)是(shi)(shi)由大氣里(li)(li)的盤(pan)狀冰(bing)(bing)(bing)晶反射陽(yang)光(guang)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)的冰(bing)(bing)(bing)彩虹，這(zhe)些冰(bing)(bing)(bing)晶所在(zai)的云(yun)團一(yi)般很薄，而(er)(er)且(qie)(qie)(qie)(qie)是(shi)(shi)一(yi)簇(cu)簇(cu)聚集(ji)在(zai)一(yi)起，常被稱作卷云(yun)。只有當太(tai)陽(yang)升(sheng)得很高(gao)(gao)(大約位(wei)于(yu)地平線上方58度(du)范(fan)(fan)圍內)，而(er)(er)且(qie)(qie)(qie)(qie)它(ta)發出的光(guang)正好從(cong)高(gao)(gao)空(kong)卷云(yun)里(li)(li)穿過時(shi)，才能看到這(zhe)種(zhong)(zhong)罕見現象(xiang)(xiang)。太(tai)陽(yang)的高(gao)(gao)度(du)決定了這(zhe)種(zhong)(zhong)光(guang)暈的清(qing)晰度(du)。而(er)(er)且(qie)(qie)(qie)(qie)卷云(yun)里(li)(li)的冰(bing)(bing)(bing)晶必須(xu)(xu)呈六邊形(xing)(xing)(xing)，而(er)(er)且(qie)(qie)(qie)(qie)薄薄的冰(bing)(bing)(bing)片必須(xu)(xu)與(yu)地面平行(xing)。

月亮彩虹

我們(men)都知道，彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)是(shi)經常(chang)在雨(yu)后出現的(de)(de)，而(er)且經常(chang)會(hui)出現。但是(shi)，這(zhe)種(zhong)月(yue)(yue)亮彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)并不經常(chang)被人們(men)看到。因為月(yue)(yue)亮彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)形成的(de)(de)條(tiao)件(jian)比較少見，它一般都是(shi)在滿月(yue)(yue)或者(zhe)是(shi)馬(ma)上就滿月(yue)(yue)的(de)(de)夜晚(wan)，而(er)且還需要(yao)在月(yue)(yue)亮低(di)垂的(de)(de)時候(hou)才(cai)會(hui)發生這(zhe)種(zhong)現象。這(zhe)種(zhong)月(yue)(yue)亮彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)看起來特別的(de)(de)獨(du)特，非常(chang)漂(piao)亮。最(zui)經常(chang)看到月(yue)(yue)亮彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)的(de)(de)地(di)方就是(shi)在美國的(de)(de)坎(kan)伯蘭大瀑布(bu)那里，還可(ke)以(yi)看到很漂(piao)亮的(de)(de)月(yue)(yue)亮彩(cai)虹(hong)(hong)(hong)。