彩虹的來歷

彩虹的物理原理

彩虹是人們時常看到的一種自然界的光現(xiàn)象。每當(dāng)五彩繽紛的彩虹當(dāng)空掛時，人們都會情不自禁地爭相觀賞這種大自然美景。古時有人說，那是寂寞的嫦娥在云端歌舞揮起的彩綢；也有人說，那是仙女為窺視人間在云中搭起的彩橋。不管是彩綢，還是彩橋，都只不過是神奇的傳說罷了。而現(xiàn)實中的彩虹是什么?它是如何形成的呢?

一說到彩虹的形成，人們常把它跟。雨后。聯(lián)系在一起。很多人認(rèn)為只有。雨后。才能出現(xiàn)彩虹。其實，這種看法是不全面的。。雨后。天空有時會出現(xiàn)彩虹，這固然是事實，但是在陽光下，噴泉或瀑布的周圍也會出現(xiàn)彩虹；在夏天，街上奔跑的灑水車的后面，有時也會出現(xiàn)一段彩虹；用噴霧器在空中噴霧也可形成彩虹……。顯然，那種說彩虹僅在。雨后。出現(xiàn)，是對彩虹的成因還不十分了解造成的。只要知道空氣中存在有形成彩虹的條件，就自然知道不一定要下雨才有可能出現(xiàn)彩虹。

在中學(xué)物理課上，有個。光的色散。實驗：取一個棱鏡，讓一束白光穿過狹縫射到棱鏡的一側(cè)面，通過棱鏡后，前進方向改變，在白色光屏上形成彩色光帶，順序是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色。這與彩虹的顏色很相似。但是空氣中是不可能有三棱鏡存在卻又能形成彩虹。這是何故?這是因為空氣中飄浮有大量的小水滴。當(dāng)太陽光照射到這些小水滴上，一個個的小水滴就像棱鏡似地把白光分解成七種單色光，對陽光起分光色散作用。

陽光是如何在小水滴中產(chǎn)生分光色散現(xiàn)象?

陽光射入小水滴，即從空氣這種媒質(zhì)進入水這種媒質(zhì)，發(fā)生一次折射，由于構(gòu)成白光的各種單色光的折射率不同，紫光波長最短，其折射率最大，紅光波長較長，其折射率最小，其余各色光則介乎其間。因此，光線在小水滴內(nèi)產(chǎn)生分光現(xiàn)象，各色光同時在小水滴繼續(xù)傳播，遇到水滴的另一界面時被反射回來，重新經(jīng)過小水滴內(nèi)部，出來時再一次發(fā)生折射回到空氣中。這樣，陽光在小水滴中進行了兩次折射和一次全反射就被分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種單色光。當(dāng)空氣中的小水滴數(shù)量很多時，陽光通過這些小水滴，經(jīng)過反射和折射作用，射出來的光集中在一起，天空中美麗的彩虹就形成了。

平時，我們看到的多數(shù)是一條彩虹，視角(從地面至虹頂?shù)慕嵌?約42°。有時在彩虹的外邊還能看到一條顏色順序與這條彩虹恰好相反，且較暗一些的另一條虹，這條叫副虹。主虹是內(nèi)紫外紅，副虹是內(nèi)紅外紫，副虹又叫霓。霓與主虹為同心的圓弧，兩者之間天空比較暗，虹內(nèi)、虹外天空比較明亮。霓的視角大約51°。它的成因與主虹基本相同。它是陽光在小雨滴中經(jīng)過兩次反射和兩次折射而形成的，即折射——全反射——全反射——折射而形成的。在地平面上，我們看到的主虹與霓是半圓形的，那是因為它們下半部分被地面遮住了。若是站在高山頂上，就能看到主虹與霓的大部分。只有在晴朗的天氣時，在飛機艙中向下看，才能看到主虹與霓的全貌，即完整圓環(huán)。

如果太陽的角度太大(例如在中午前后)，或太小(近日出或落日)，我們也不易看到虹，又因虹是陽光經(jīng)小水滴反射進入我們眼睛的，所以彩虹永遠(yuǎn)出現(xiàn)在太陽的對面，因此。朝虹見于西方，夕虹見于東方。。其出現(xiàn)以夏季為主。

主虹為何內(nèi)紫外紅

我們看虹時，有色的光線依著各種角度從小水滴中反射出來，對于某一質(zhì)點來講只能把某一種顏色的光線射入我們的眼簾，而從同一雨滴中折射出來的其他有色光或高或低地越過我們的眼簾，不被我們所看到。具體而言，在那些能進入我們眼簾的，并經(jīng)處于最高位置的小水滴，所折射的光線中，由于紅光折射率最小，偏向角也最小，所以才能進入我們的眼簾，我們看到的只是紅光，其他色光由于折射率大，偏向角也大，都越過我們的頭頂而去。稍低一點的小水滴，也就只能是在折射光線中偏向角比紅光大，又比其余色光小的橙色光先進入我們的眼簾，而被我們看到。其余色光中，紅光偏低，黃、綠、藍(lán)、靛、紫都偏高，越過我們的眼簾不被我們所看到。以此類推，那些進入我們眼簾，并經(jīng)處于最低一層位置的小水滴折射后的光線，我們只能看到的是紫光，其余色光都從我們眼皮底下溜走。這樣，空中鄰接的小水滴中折射出來的光線，形成一條內(nèi)紫外紅的彩虹。

彩虹的氣象原理

空氣里小水滴的大小，決定了彩虹的色彩與寬度。雨滴越大，彩虹帶越窄，色彩越鮮明；雨滴越小，彩虹帶越寬，色彩越黯淡。當(dāng)雨滴小到一定程度時，分光和反射不明顯，彩虹就消失。這說明了彩虹的形成直接與空氣中雨滴的存在、多寡、大小有著直接關(guān)系，反過來說，彩虹跟天氣變化有關(guān)。例如：如果彩虹的色彩從鮮艷變?yōu)榘档?，寬度從狹窄變?yōu)閷挻螅颊f明空氣中雨滴由大逐漸變小，由此，我們可以推測空氣可能逐漸轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，天氣情況漸趨穩(wěn)定。

幾千年來，我國勞動人民在長期的生活和生產(chǎn)實踐中，積累并流傳了許多與彩虹相關(guān)的看天經(jīng)驗，并用簡潔語言編成諺語。這些諺語反映了天氣變化的客觀規(guī)律，已成為人們推測未來天氣變化的依據(jù)之一。例如“東虹日頭、西虹雨” (或早虹雨，晚虹晴)根據(jù)彩虹的出現(xiàn)，推測未來天氣變化情況。虹在西方，說明西邊大氣中有大量雨滴存在，隨著天氣系統(tǒng)東移；本地將會有雨；西虹多出現(xiàn)在早晨。虹在東方，說明東邊大氣中有雨滴存在，天氣系統(tǒng)已經(jīng)移過本地，天氣即將轉(zhuǎn)晴；東虹多出現(xiàn)在傍晚。又如：“晚虹日頭早虹雨；虹高日頭低，早晚披蓑衣；虹高日頭低，大水沒過溪；斷虹見，風(fēng)隨見；斷虹早見，風(fēng)雨即見；虹吃云下一指，云吃虹下一丈”等等，都是跟彩虹相關(guān)的天氣諺語。