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彩(cai)(cai)虹(hong)是(shi)由(you)將太(tai)(tai)陽光分解成不同波長或顏色的(de)水(shui)滴(di)形成的(de)。而我(wo)們平時看(kan)見(jian)的(de)彩(cai)(cai)虹(hong)只是(shi)半弧形的(de)，這是(shi)因(yin)(yin)為地平線擋住(zhu)了它的(de)下半部(bu)分。而太(tai)(tai)陽的(de)高度可(ke)以決定彩(cai)(cai)虹(hong)弧度的(de)多(duo)少，太(tai)(tai)陽在(zai)天空(kong)中越(yue)低(di)，彩(cai)(cai)虹(hong)的(de)底部(bu)就越(yue)高。因(yin)(yin)此站得越(yue)高，看(kan)到的(de)彩(cai)(cai)虹(hong)弧度就越(yue)完整。

形成原因

由于(yu)地球(qiu)表面是(shi)一個曲(qu)面并(bing)且被(bei)厚厚的(de)大氣所覆(fu)蓋，雨后空(kong)氣中(zhong)(zhong)的(de)水含量比(bi)平時高，當陽光照(zhao)射入空(kong)氣中(zhong)(zhong)的(de)小水滴時就形成(cheng)了折射。同時由于(yu)地球(qiu)表面的(de)大氣層(ceng)為一弧面從而(er)導致了陽光在(zai)表面折射形成(cheng)了我們(men)所見到(dao)的(de)弧形彩虹(hong)。

目擊現場

來(lai)自西澳大利亞州佩斯的(de)攝影(ying)師科林-萊昂哈特在旅行經過科茨洛灘時，拍(pai)到了一個全圓形彩虹(hong)。

科林說：“我(wo)們(men)當(dang)時(shi)在結(jie)束一(yi)(yi)次航拍的返程途中，直升機(ji)經過(guo)一(yi)(yi)片陣雨區。當(dang)我(wo)們(men)穿過(guo)雨區邊緣的時(shi)候，太(tai)陽正(zheng)在落山，位置很低，陽光正(zheng)好打造出這(zhe)一(yi)(yi)奇特的彩(cai)虹。它就在我(wo)們(men)的正(zheng)前方形成了。”

于是科林(lin)拿出相機，抓拍下(xia)了全圓形(xing)彩虹的(de)形(xing)成過程。

據美國國家航(hang)空航(hang)天局介紹，全圓形(xing)彩(cai)虹現(xian)象(xiang)和觀(guan)測者位置有很大關系，主要(yao)是由雨(yu)滴對陽(yang)光的內(nei)反射形(xing)成的。

形成條件

空中漂浮的(de)(de)小(xiao)水(shui)滴就像(xiang)一個(ge)個(ge)球(qiu)形透(tou)鏡，陽光(guang)射(she)入(ru)水(shui)滴后，經過折射(she)、反射(she)再折射(she)出來，進入(ru)我們(men)的(de)(de)眼睛。本(ben)來的(de)(de)白光(guang)進入(ru)水(shui)滴后，會(hui)像(xiang)牛頓的(de)(de)三棱(leng)鏡實驗一樣，由于折射(she)而分成不同的(de)(de)色光(guang)，所以(yi)彩虹才有不同的(de)(de)顏(yan)色。

空氣中布滿水滴，為什么我(wo)們(men)只看(kan)到一道(dao)彩虹，而(er)不是到處都有彩虹呢(ni)?這(zhe)是因為光(guang)(guang)線入射(she)水珠的(de)位置，只有一個(ge)角(jiao)度會讓折射(she)出的(de)光(guang)(guang)線強度最(zui)(zui)大(見(jian)圖A)。這(zhe)就(jiu)是解讀彩虹現象的(de)最(zui)(zui)基本(ben)原理：入射(she)光(guang)(guang)和眼睛見(jian)到色光(guang)(guang)的(de)視線間有一個(ge)固定(ding)的(de)夾角(jiao)。

因此，并不(bu)是(shi)只有(you)空中某些特(te)(te)別(bie)的(de)(de)水(shui)珠(zhu)會(hui)產生彩虹，而是(shi)只有(you)在特(te)(te)定角(jiao)度(du)的(de)(de)水(shui)珠(zhu)所折射出(chu)來的(de)(de)色(se)光(guang)(guang)才能進入我們的(de)(de)眼睛。這(zhe)個角(jiao)度(du)和不(bu)同色(se)光(guang)(guang)的(de)(de)折射率(lv)有(you)關(guan)，例如紅光(guang)(guang)的(de)(de)折射率(lv)較(jiao)(jiao)小，夾角(jiao)較(jiao)(jiao)大(約42°13')；反(fan)之，紫光(guang)(guang)折射率(lv)小，夾角(jiao)就較(jiao)(jiao)小(約40°30')。這(zhe)就造成紅色(se)在上、紫色(se)在下的(de)(de)彩虹。

因為(wei)陽光(guang)是平(ping)行(xing)(xing)入射(she)，由上(shang)述原理和(he)“并(bing)行(xing)(xing)線同位角相等(deng)”定理，進入眼中的(de)(de)(de)色光(guang)會因為(wei)空氣中的(de)(de)(de)水(shui)珠層厚度的(de)(de)(de)增加而加強，這就是為(wei)什么大(da)雨(yu)后的(de)(de)(de)彩虹較清楚、小雨(yu)后的(de)(de)(de)較淡(dan)薄的(de)(de)(de)原因。

由于(yu)固定夾角(jiao)的(de)限制，當(dang)太(tai)陽在我們(men)頭上時(shi)，折射的(de)光(guang)線不能進入(ru)眼睛，所以(yi)看不到彩虹(hong)。必須到下(xia)午(wu)4點以(yi)后，彩虹(hong)才會在山巒或(huo)城市的(de)天際出現，而且隨著時(shi)間(jian)越接(jie)近(jin)傍晚，彩虹(hong)的(de)位置會越高，這也是(shi)前述基本原理的(de)應用。

根據同(tong)樣(yang)的(de)(de)原理，考慮以通過眼睛(jing)平(ping)行于入射陽(yang)光(guang)的(de)(de)直線為軸，旋轉(zhuan)在你(ni)眼中造成彩虹的(de)(de)入射光(guang)線，這(zhe)時(shi)，進入眼睛(jing)的(de)(de)折(zhe)射色光(guang)，會轉(zhuan)出一個(ge)圓(yuan)錐面。如果入射光(guang)與地(di)(di)面不平(ping)行(例(li)如下午4點(dian)時(shi))，這(zhe)個(ge)圓(yuan)錐面投射到(dao)我(wo)們眼里，看起來(lai)只是一段短圓(yuan)弧。但是到(dao)了(le)傍晚，陽(yang)光(guang)平(ping)行于地(di)(di)面時(shi)，我(wo)們眼中的(de)(de)彩虹，就幾乎是正(zheng)半圓(yuan)。

由(you)于地(di)球表(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并且被厚(hou)厚(hou)的(de)(de)(de)(de)大氣(qi)所覆蓋(gai)，雨后空氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)水含量比平時(shi)高，當陽(yang)光照射(she)(she)入空氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)小水滴時(shi)就形成了折射(she)(she)。同時(shi)由(you)于地(di)球表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)大氣(qi)層為(wei)一弧面(mian)從而導(dao)致了陽(yang)光在(zai)表(biao)面(mian)折射(she)(she)形成了我們所見(jian)到(dao)的(de)(de)(de)(de)弧形彩虹。

科學證(zheng)明，所有的(de)彩(cai)虹都是(shi)(shi)全(quan)圓形的(de)，只是(shi)(shi)我們(men)平時無法(fa)從地(di)(di)面上看到。想要看到全(quan)圓形彩(cai)虹是(shi)(shi)非常難得的(de)，必須具備“天時地(di)(di)利”的(de)條(tiao)件，所以通常只有飛(fei)行員才(cai)能見到這(zhe)種(zhong)自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩(cai)(cai)虹，是極為少見的(de)(de)景象，只有太(tai)(tai)陽(yang)處于天頂，太(tai)(tai)陽(yang)光穿射過高海(hai)拔處的(de)(de)卷云，并且卷云富(fu)含冰晶時，火焰彩(cai)(cai)虹才(cai)有可能產生。火焰彩(cai)(cai)虹也(ye)叫彩(cai)(cai)虹云。

冰彩虹

氣象官(guan)員又將冰(bing)彩虹稱作"22度(du)虹"，因為這種環形結構是(shi)在(zai)太陽(yang)周(zhou)圍(wei)22度(du)范(fan)圍(wei)內形成(cheng)的(de)。這種視覺現象是(shi)由大(da)氣里(li)的(de)盤狀冰(bing)晶反射陽(yang)光(guang)形成(cheng)的(de)冰(bing)彩虹，這些冰(bing)晶所在(zai)的(de)云(yun)團一般很(hen)(hen)薄(bo)(bo)，而且(qie)是(shi)一簇簇聚集在(zai)一起，常被稱作卷(juan)云(yun)。只有當(dang)太陽(yang)升得很(hen)(hen)高(gao)(大(da)約位于地平線上(shang)方(fang)58度(du)范(fan)圍(wei)內)，而且(qie)它發出的(de)光(guang)正好從高(gao)空(kong)卷(juan)云(yun)里(li)穿(chuan)過時(shi)，才能看(kan)到這種罕見現象。太陽(yang)的(de)高(gao)度(du)決定了(le)這種光(guang)暈的(de)清晰度(du)。而且(qie)卷(juan)云(yun)里(li)的(de)冰(bing)晶必須呈六邊形，而且(qie)薄(bo)(bo)薄(bo)(bo)的(de)冰(bing)片必須與地面平行。

月亮彩虹

我(wo)們(men)都知道(dao)，彩(cai)虹(hong)是(shi)(shi)經(jing)常(chang)(chang)在(zai)(zai)雨(yu)后出(chu)現的(de)(de)(de)(de)，而(er)且經(jing)常(chang)(chang)會(hui)出(chu)現。但是(shi)(shi)，這(zhe)種(zhong)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)并不經(jing)常(chang)(chang)被(bei)人們(men)看(kan)(kan)到(dao)(dao)。因為(wei)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)形成的(de)(de)(de)(de)條件比(bi)較少見，它(ta)一(yi)般都是(shi)(shi)在(zai)(zai)滿月(yue)(yue)或者(zhe)是(shi)(shi)馬上(shang)就滿月(yue)(yue)的(de)(de)(de)(de)夜晚，而(er)且還(huan)(huan)需(xu)要(yao)在(zai)(zai)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)低垂的(de)(de)(de)(de)時候才會(hui)發(fa)生(sheng)這(zhe)種(zhong)現象(xiang)。這(zhe)種(zhong)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)看(kan)(kan)起(qi)來(lai)特(te)別的(de)(de)(de)(de)獨特(te)，非常(chang)(chang)漂(piao)(piao)亮(liang)(liang)。最經(jing)常(chang)(chang)看(kan)(kan)到(dao)(dao)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)的(de)(de)(de)(de)地方(fang)就是(shi)(shi)在(zai)(zai)美(mei)國的(de)(de)(de)(de)坎伯蘭大瀑布那里，還(huan)(huan)可以(yi)看(kan)(kan)到(dao)(dao)很(hen)漂(piao)(piao)亮(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)。