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彩(cai)(cai)(cai)虹是由將太陽光(guang)分解成不同(tong)波(bo)長或(huo)顏色的(de)水滴形成的(de)。而(er)我們(men)平時看見的(de)彩(cai)(cai)(cai)虹只是半弧(hu)形的(de)，這是因為地平線擋住了它的(de)下半部(bu)分。而(er)太陽的(de)高(gao)度可以決(jue)定彩(cai)(cai)(cai)虹弧(hu)度的(de)多少，太陽在天(tian)空(kong)中越低，彩(cai)(cai)(cai)虹的(de)底(di)部(bu)就越高(gao)。因此站(zhan)得越高(gao)，看到的(de)彩(cai)(cai)(cai)虹弧(hu)度就越完整。

形成原因

由于地球表(biao)面(mian)(mian)是一(yi)個(ge)曲面(mian)(mian)并且被厚(hou)厚(hou)的(de)大氣所覆(fu)蓋，雨后(hou)空(kong)氣中的(de)水含量比平時(shi)高，當陽光(guang)照射入空(kong)氣中的(de)小水滴時(shi)就形(xing)成了折射。同時(shi)由于地球表(biao)面(mian)(mian)的(de)大氣層為一(yi)弧(hu)面(mian)(mian)從而導致(zhi)了陽光(guang)在(zai)表(biao)面(mian)(mian)折射形(xing)成了我們所見到的(de)弧(hu)形(xing)彩虹。

目擊現場

來自西(xi)澳(ao)大(da)利亞州(zhou)佩斯(si)的攝影師科林-萊昂哈(ha)特在(zai)旅行經過科茨(ci)洛灘(tan)時，拍到了(le)一個全圓形彩(cai)虹(hong)。

科林說：“我們(men)當(dang)時在(zai)結束一(yi)次航拍的(de)返程(cheng)途中，直升機經過(guo)(guo)一(yi)片陣雨(yu)區。當(dang)我們(men)穿(chuan)過(guo)(guo)雨(yu)區邊(bian)緣的(de)時候，太陽(yang)正在(zai)落(luo)山，位置(zhi)很低，陽(yang)光正好打造出這一(yi)奇特的(de)彩虹。它就(jiu)在(zai)我們(men)的(de)正前方形成了。”

于是科林(lin)拿出相機，抓(zhua)拍下了全(quan)圓形彩虹的(de)形成過程(cheng)。

據(ju)美國(guo)國(guo)家(jia)航(hang)空航(hang)天(tian)局介紹(shao)，全圓形(xing)彩虹現象和觀測(ce)者位(wei)置有很大關系(xi)，主要是由雨滴對陽光的內(nei)反射形(xing)成的。

形成條件

空(kong)中漂(piao)浮的小(xiao)水(shui)滴(di)就像(xiang)一(yi)個個球形透鏡，陽光(guang)射(she)入(ru)水(shui)滴(di)后，經(jing)過折射(she)、反射(she)再折射(she)出來，進入(ru)我們的眼睛。本來的白光(guang)進入(ru)水(shui)滴(di)后，會像(xiang)牛頓(dun)的三(san)棱鏡實驗一(yi)樣(yang)，由(you)于(yu)折射(she)而分成不同的色光(guang)，所以彩虹才有不同的顏色。

空氣(qi)中布滿水滴，為什(shen)么我們(men)只看到一道彩(cai)虹(hong)，而(er)不(bu)是(shi)到處都有(you)彩(cai)虹(hong)呢?這是(shi)因為光線入射(she)(she)水珠(zhu)的(de)位(wei)置，只有(you)一個角度會讓折(zhe)射(she)(she)出的(de)光線強度最大(見圖A)。這就是(shi)解(jie)讀彩(cai)虹(hong)現(xian)象的(de)最基(ji)本(ben)原理(li)：入射(she)(she)光和眼睛見到色(se)光的(de)視線間(jian)有(you)一個固定的(de)夾角。

因(yin)此，并不是只有(you)(you)空中某(mou)些特別的(de)水(shui)珠會產生彩(cai)虹(hong)，而是只有(you)(you)在特定角(jiao)度(du)的(de)水(shui)珠所折(zhe)射出來(lai)的(de)色(se)光才能(neng)進入我(wo)們的(de)眼睛。這個(ge)角(jiao)度(du)和不同(tong)色(se)光的(de)折(zhe)射率(lv)有(you)(you)關，例如紅(hong)光的(de)折(zhe)射率(lv)較小，夾角(jiao)較大(約(yue)42°13')；反(fan)之，紫光折(zhe)射率(lv)小，夾角(jiao)就(jiu)較小(約(yue)40°30')。這就(jiu)造成(cheng)紅(hong)色(se)在上、紫色(se)在下的(de)彩(cai)虹(hong)。

因為陽光(guang)是(shi)平行入射，由上述原理和“并行線(xian)同位(wei)角相等”定理，進入眼中(zhong)的(de)色光(guang)會因為空氣(qi)中(zhong)的(de)水珠層(ceng)厚度(du)的(de)增加而加強，這就是(shi)為什么大雨(yu)后的(de)彩虹較(jiao)清(qing)楚、小雨(yu)后的(de)較(jiao)淡薄的(de)原因。

由于固定夾(jia)角的(de)限制，當太陽(yang)在我們頭上(shang)時，折射的(de)光線不(bu)能(neng)進入(ru)眼睛，所以看不(bu)到彩虹。必須到下午4點以后，彩虹才會(hui)在山(shan)巒或城市(shi)的(de)天際(ji)出(chu)現，而且隨著時間(jian)越(yue)接近傍(bang)晚，彩虹的(de)位(wei)置會(hui)越(yue)高，這(zhe)也是前(qian)述基本(ben)原理的(de)應用(yong)。

根據同樣(yang)的(de)原(yuan)理，考慮以通過(guo)眼(yan)睛(jing)(jing)平行(xing)于入射陽光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)直(zhi)線為軸，旋轉在你(ni)眼(yan)中造成彩(cai)(cai)虹的(de)入射光(guang)(guang)(guang)(guang)線，這時，進入眼(yan)睛(jing)(jing)的(de)折射色光(guang)(guang)(guang)(guang)，會轉出一(yi)個圓(yuan)(yuan)錐面(mian)(mian)。如果入射光(guang)(guang)(guang)(guang)與(yu)地面(mian)(mian)不(bu)平行(xing)(例如下午4點時)，這個圓(yuan)(yuan)錐面(mian)(mian)投射到(dao)我們眼(yan)里，看起來(lai)只(zhi)是(shi)一(yi)段(duan)短圓(yuan)(yuan)弧(hu)。但是(shi)到(dao)了傍晚，陽光(guang)(guang)(guang)(guang)平行(xing)于地面(mian)(mian)時，我們眼(yan)中的(de)彩(cai)(cai)虹，就幾乎是(shi)正半圓(yuan)(yuan)。

由于地球表面是一個曲面并(bing)且被(bei)厚(hou)厚(hou)的大(da)氣所覆蓋(gai)，雨后(hou)空氣中的水(shui)含量比平(ping)時高，當陽光照射入空氣中的小(xiao)水(shui)滴時就形成了折(zhe)射。同時由于地球表面的大(da)氣層為(wei)一弧(hu)面從(cong)而導致(zhi)了陽光在表面折(zhe)射形成了我們(men)所見(jian)到的弧(hu)形彩虹。

科學證明，所(suo)有的(de)(de)彩(cai)虹都是(shi)(shi)全圓(yuan)形的(de)(de)，只(zhi)(zhi)是(shi)(shi)我們平時無法(fa)從(cong)地面上(shang)看到(dao)。想(xiang)要(yao)看到(dao)全圓(yuan)形彩(cai)虹是(shi)(shi)非常(chang)難得的(de)(de)，必須具(ju)備(bei)“天時地利(li)”的(de)(de)條件，所(suo)以通常(chang)只(zhi)(zhi)有飛行員才能見到(dao)這種自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩(cai)虹(hong)(hong)，是極為少(shao)見的景象，只有(you)太陽處于天頂，太陽光穿射過高(gao)海拔處的卷云，并且卷云富含冰晶時，火焰彩(cai)虹(hong)(hong)才有(you)可能(neng)產生。火焰彩(cai)虹(hong)(hong)也叫彩(cai)虹(hong)(hong)云。

冰彩虹

氣(qi)象(xiang)官(guan)員又(you)將冰(bing)彩虹(hong)稱作"22度虹(hong)"，因為(wei)這(zhe)種環(huan)形(xing)結構是(shi)在(zai)太(tai)陽(yang)周圍(wei)22度范(fan)圍(wei)內形(xing)成(cheng)(cheng)的。這(zhe)種視覺現象(xiang)是(shi)由大(da)氣(qi)里的盤狀冰(bing)晶(jing)反射陽(yang)光(guang)(guang)形(xing)成(cheng)(cheng)的冰(bing)彩虹(hong)，這(zhe)些冰(bing)晶(jing)所在(zai)的云(yun)(yun)團一般(ban)很薄(bo)，而且(qie)是(shi)一簇(cu)簇(cu)聚集在(zai)一起，常被(bei)稱作卷云(yun)(yun)。只有當太(tai)陽(yang)升得很高(大(da)約位于地平線上(shang)方58度范(fan)圍(wei)內)，而且(qie)它發出的光(guang)(guang)正好從高空卷云(yun)(yun)里穿過時，才能看(kan)到(dao)這(zhe)種罕見現象(xiang)。太(tai)陽(yang)的高度決定了這(zhe)種光(guang)(guang)暈的清晰(xi)度。而且(qie)卷云(yun)(yun)里的冰(bing)晶(jing)必須(xu)(xu)呈六邊形(xing)，而且(qie)薄(bo)薄(bo)的冰(bing)片(pian)必須(xu)(xu)與地面平行。

月亮彩虹

我們(men)都知道(dao)，彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)是(shi)經(jing)常在雨后出(chu)現(xian)的(de)，而且經(jing)常會(hui)出(chu)現(xian)。但是(shi)，這種月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)并不(bu)經(jing)常被(bei)人們(men)看(kan)(kan)到。因為月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)形成(cheng)的(de)條件比較少見(jian)，它一般(ban)都是(shi)在滿月(yue)或者是(shi)馬上就(jiu)滿月(yue)的(de)夜晚(wan)，而且還(huan)需要在月(yue)亮低垂的(de)時候(hou)才會(hui)發生這種現(xian)象(xiang)。這種月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)看(kan)(kan)起來特(te)(te)別的(de)獨特(te)(te)，非常漂亮。最經(jing)常看(kan)(kan)到月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)的(de)地方就(jiu)是(shi)在美(mei)國的(de)坎伯(bo)蘭大瀑(pu)布那里，還(huan)可以看(kan)(kan)到很漂亮的(de)月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)。