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彩(cai)虹是(shi)由將(jiang)太(tai)(tai)(tai)陽光分解成不同波長或顏色(se)的(de)水滴形(xing)成的(de)。而(er)我(wo)們平(ping)時(shi)看(kan)見的(de)彩(cai)虹只是(shi)半弧形(xing)的(de)，這是(shi)因(yin)為地平(ping)線擋住(zhu)了它的(de)下半部分。而(er)太(tai)(tai)(tai)陽的(de)高(gao)度(du)可以決定彩(cai)虹弧度(du)的(de)多少，太(tai)(tai)(tai)陽在天空中越(yue)低，彩(cai)虹的(de)底部就越(yue)高(gao)。因(yin)此站得越(yue)高(gao)，看(kan)到的(de)彩(cai)虹弧度(du)就越(yue)完整。

形成原因

由于(yu)地(di)球(qiu)(qiu)表面是(shi)一(yi)個曲面并且被厚(hou)厚(hou)的(de)大(da)氣所(suo)覆(fu)蓋，雨后(hou)空氣中的(de)水含(han)量比平(ping)時高，當陽(yang)光照射入空氣中的(de)小(xiao)水滴時就形成(cheng)了折(zhe)射。同時由于(yu)地(di)球(qiu)(qiu)表面的(de)大(da)氣層為一(yi)弧面從而(er)導致(zhi)了陽(yang)光在表面折(zhe)射形成(cheng)了我們所(suo)見到的(de)弧形彩虹。

目擊現場

來自(zi)西澳大利亞州佩斯的(de)攝影(ying)師科林-萊昂哈特(te)在(zai)旅行(xing)經過科茨洛灘時(shi)，拍到了一(yi)個全圓(yuan)形彩虹。

科林說：“我(wo)(wo)們當時(shi)在結束一次航拍的返程(cheng)途中，直(zhi)升機(ji)經(jing)過一片(pian)陣雨區(qu)。當我(wo)(wo)們穿過雨區(qu)邊(bian)緣的時(shi)候，太陽正(zheng)在落(luo)山，位(wei)置很低，陽光正(zheng)好(hao)打造出(chu)這一奇特(te)的彩虹(hong)。它就在我(wo)(wo)們的正(zheng)前方形成了。”

于是(shi)科林拿出相機，抓拍(pai)下(xia)了全圓形(xing)彩虹(hong)的形(xing)成過程。

據(ju)美國國家(jia)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)局介紹，全(quan)圓(yuan)形彩虹現象(xiang)和觀測者位置有很大關系，主要是由雨滴(di)對陽光的內(nei)反射形成的。

形成條件

空中(zhong)漂浮的(de)小(xiao)水滴(di)就(jiu)像一個個球形透鏡，陽光射入(ru)水滴(di)后，經(jing)過(guo)折射、反射再折射出(chu)來(lai)，進入(ru)我們(men)的(de)眼睛(jing)。本來(lai)的(de)白光進入(ru)水滴(di)后，會像牛頓的(de)三(san)棱鏡實驗一樣，由于折射而分成不同的(de)色光，所以彩虹才有不同的(de)顏色。

空(kong)氣中布滿(man)水滴，為(wei)什么我們只看到一(yi)道彩(cai)(cai)虹，而(er)不是到處都有(you)彩(cai)(cai)虹呢?這(zhe)(zhe)是因為(wei)光線入射水珠(zhu)的位置，只有(you)一(yi)個角度會(hui)讓折射出(chu)的光線強(qiang)度最大(見(jian)圖A)。這(zhe)(zhe)就是解讀彩(cai)(cai)虹現象的最基本原理：入射光和(he)眼(yan)睛見(jian)到色光的視線間有(you)一(yi)個固定的夾(jia)角。

因(yin)此，并不是(shi)只有空(kong)中某些特別的(de)水珠會產生彩虹，而是(shi)只有在(zai)(zai)特定角度(du)的(de)水珠所折射出來的(de)色光(guang)才能進入我們的(de)眼睛(jing)。這(zhe)個角度(du)和不同(tong)色光(guang)的(de)折射率有關，例如紅光(guang)的(de)折射率較(jiao)(jiao)(jiao)小，夾(jia)角較(jiao)(jiao)(jiao)大(約(yue)42°13')；反之，紫(zi)光(guang)折射率小，夾(jia)角就較(jiao)(jiao)(jiao)小(約(yue)40°30')。這(zhe)就造成紅色在(zai)(zai)上、紫(zi)色在(zai)(zai)下的(de)彩虹。

因(yin)為(wei)陽(yang)光(guang)是平行(xing)入射，由上述原理(li)和“并行(xing)線同位角(jiao)相等”定理(li)，進(jin)入眼(yan)中(zhong)的(de)(de)色光(guang)會因(yin)為(wei)空氣中(zhong)的(de)(de)水珠(zhu)層(ceng)厚度的(de)(de)增(zeng)加而加強，這就(jiu)是為(wei)什么大雨后的(de)(de)彩(cai)虹(hong)較清楚(chu)、小雨后的(de)(de)較淡薄的(de)(de)原因(yin)。

由于固定(ding)夾角的限制，當太陽在我們(men)頭上(shang)時，折(zhe)射的光線(xian)不能進入眼睛，所以看(kan)不到(dao)彩虹。必須到(dao)下午4點以后(hou)，彩虹才會(hui)在山巒或城市的天際出(chu)現，而且(qie)隨(sui)著時間(jian)越(yue)接近傍晚，彩虹的位置會(hui)越(yue)高(gao)，這(zhe)也是前述基(ji)本原理(li)的應用。

根(gen)據同樣的原理，考(kao)慮(lv)以(yi)通過眼睛平行于(yu)入(ru)(ru)(ru)射陽光(guang)的直線(xian)為軸，旋轉在(zai)你眼中造成彩(cai)虹的入(ru)(ru)(ru)射光(guang)線(xian)，這時，進(jin)入(ru)(ru)(ru)眼睛的折射色光(guang)，會轉出一個圓錐(zhui)面(mian)。如(ru)果入(ru)(ru)(ru)射光(guang)與(yu)地面(mian)不平行(例(li)如(ru)下午4點時)，這個圓錐(zhui)面(mian)投(tou)射到(dao)我(wo)們(men)眼里(li)，看起來只(zhi)是一段短圓弧。但是到(dao)了(le)傍晚，陽光(guang)平行于(yu)地面(mian)時，我(wo)們(men)眼中的彩(cai)虹，就幾乎(hu)是正半圓。

由于地(di)球表面是一個曲面并且被厚(hou)厚(hou)的(de)(de)(de)大(da)氣所(suo)覆蓋，雨后空(kong)氣中的(de)(de)(de)水(shui)含量比平時高，當(dang)陽光(guang)照射(she)(she)入空(kong)氣中的(de)(de)(de)小水(shui)滴時就(jiu)形(xing)成了折(zhe)(zhe)射(she)(she)。同時由于地(di)球表面的(de)(de)(de)大(da)氣層為一弧面從(cong)而導致了陽光(guang)在表面折(zhe)(zhe)射(she)(she)形(xing)成了我們(men)所(suo)見到(dao)的(de)(de)(de)弧形(xing)彩虹。

科學證明，所(suo)有的(de)(de)彩虹(hong)都是(shi)全圓形的(de)(de)，只(zhi)是(shi)我們平時(shi)(shi)無法從(cong)地面上(shang)看(kan)到。想要看(kan)到全圓形彩虹(hong)是(shi)非常(chang)(chang)難得的(de)(de)，必須具備“天時(shi)(shi)地利(li)”的(de)(de)條件，所(suo)以通常(chang)(chang)只(zhi)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(yan)(yan)(yan)彩虹(hong)，是極為少(shao)見的景象，只有(you)太(tai)陽(yang)處于天頂，太(tai)陽(yang)光穿射過(guo)高(gao)海拔處的卷云，并且卷云富含(han)冰晶時，火(huo)焰(yan)(yan)(yan)彩虹(hong)才有(you)可能產生。火(huo)焰(yan)(yan)(yan)彩虹(hong)也叫彩虹(hong)云。

冰彩虹

氣(qi)象官員又將冰(bing)彩虹(hong)稱作(zuo)"22度虹(hong)"，因(yin)為這(zhe)種(zhong)環形(xing)(xing)結構是在太(tai)陽(yang)周圍(wei)22度范圍(wei)內形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。這(zhe)種(zhong)視覺現(xian)象是由大氣(qi)里的(de)(de)(de)(de)盤狀(zhuang)冰(bing)晶(jing)反射陽(yang)光(guang)形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)冰(bing)彩虹(hong)，這(zhe)些冰(bing)晶(jing)所(suo)在的(de)(de)(de)(de)云團一(yi)(yi)般很(hen)薄(bo)(bo)，而且是一(yi)(yi)簇(cu)簇(cu)聚集在一(yi)(yi)起(qi)，常被稱作(zuo)卷云。只有當(dang)太(tai)陽(yang)升得很(hen)高(大約(yue)位于地(di)平線上方58度范圍(wei)內)，而且它發出的(de)(de)(de)(de)光(guang)正好(hao)從高空卷云里穿過時，才能看到這(zhe)種(zhong)罕見現(xian)象。太(tai)陽(yang)的(de)(de)(de)(de)高度決定了這(zhe)種(zhong)光(guang)暈的(de)(de)(de)(de)清晰度。而且卷云里的(de)(de)(de)(de)冰(bing)晶(jing)必須呈六(liu)邊(bian)形(xing)(xing)，而且薄(bo)(bo)薄(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)冰(bing)片必須與地(di)面平行。

月亮彩虹

我們都知道(dao)，彩(cai)虹(hong)(hong)是(shi)經(jing)常(chang)在(zai)雨(yu)后出(chu)現(xian)的(de)，而且經(jing)常(chang)會(hui)出(chu)現(xian)。但是(shi)，這(zhe)(zhe)種(zhong)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)并不經(jing)常(chang)被人們看(kan)到(dao)。因(yin)為(wei)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)形成的(de)條件比較少見，它(ta)一般(ban)都是(shi)在(zai)滿(man)月(yue)或者是(shi)馬上就滿(man)月(yue)的(de)夜晚，而且還需(xu)要在(zai)月(yue)亮(liang)(liang)低垂的(de)時候才會(hui)發生這(zhe)(zhe)種(zhong)現(xian)象。這(zhe)(zhe)種(zhong)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)看(kan)起來(lai)特別的(de)獨特，非常(chang)漂亮(liang)(liang)。最(zui)經(jing)常(chang)看(kan)到(dao)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)的(de)地(di)方就是(shi)在(zai)美國的(de)坎伯蘭大瀑布那里，還可以看(kan)到(dao)很(hen)漂亮(liang)(liang)的(de)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)。