彩虹有什么秘密

彩虹
彩虹(Rainbow)是氣象中的一種光學現(xiàn)象。當陽光照射到半空中的雨點，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜。彩虹七彩顏色，從外至內分別為：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。

彩虹是因為陽光射到空中接近圓型的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，藍光的折射角度比紅光大。由于光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。

其實只要有空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午，雨后剛轉天晴時出現(xiàn)。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨云而較暗。而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經?？梢姷讲屎绲牡胤绞瞧俨几浇?。在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工制造彩虹。

空氣里水滴的大小，決定了虹的色彩鮮艷程度和寬窄?？諝庵械乃未?，虹就鮮艷。也比較窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們面對著太陽是看不到彩虹的，只有背著太陽才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出現(xiàn)在西方，黃昏的彩虹總在東方出現(xiàn)。可我們看不見，只有乘飛機從高空向下看，才能見到。虹的出現(xiàn)與當時天氣變化相聯(lián)系，一般我們從虹出現(xiàn)在天空中的位置可以推測當時將出現(xiàn)晴天或雨天。東方出現(xiàn)虹時，本地是不大容易下雨的，而西方出現(xiàn)虹時，本地下雨的可能性卻很大。

彩虹的明顯程度，取決于空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現(xiàn)。

造成彩虹的光學原理很多時候會見到兩條彩虹同時出現(xiàn)，在平常的彩虹外邊出現(xiàn)同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽光在水滴中經兩次反射而成。兩次反射最強烈的反射角出現(xiàn)在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射，副虹的顏色次序跟主虹反轉，外側為藍色，內側為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在，只是因為它的光線強度較低，所以有時不被肉眼察覺而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對陽光的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發(fā)現(xiàn)水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光的折射指數，用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顏色。后來牛頓以玻璃菱鏡展示把太陽光散射成彩色之后，關于彩虹的形成的光學原理全部被發(fā)現(xiàn)。

彩虹其實并非出現(xiàn)在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現(xiàn)象，彩虹看起來的所在位置，會隨著觀察者而改變。當觀察者看到彩虹時，它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央，其實是被水滴反射，放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，剛好是觀察者頭部影子的方向，虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高于42度時，彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為甚么彩虹很少在中午出現(xiàn)的原因。

彩虹由一端至另一端，橫跨84°。以一般的35mm照相機，需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上，會看見彩虹會是原整的圓形而不是拱形，而圓形彩虹的正中心則是飛機行進的方向。

晚虹是一種罕見的現(xiàn)象，在月光強烈的晚上可能出現(xiàn)。由于人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辦顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。

有時我們會看到雙彩虹（如圖就是雙彩虹）。它是怎樣形成的？
當陽光經過水滴時，它會被折射、反射后再折射出來。在水滴內經過一次反射的光缐，便形成我們常見的彩虹（主虹）。若光缐在水滴內進行了兩次反射，便會產生第二道彩虹（霓）。

為什么第二道彩虹的顏色次序倒轉了？
上圖亦說明了為什么霓的顏色排列次序跟主虹是相反的。由於每次反射均會損失一些光能量，因此霓的光亮度亦較弱。