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彩虹(hong)(hong)是由將(jiang)太(tai)陽光(guang)分解成不同波(bo)長或顏色的(de)水滴形(xing)成的(de)。而我們平時看(kan)見的(de)彩虹(hong)(hong)只是半(ban)(ban)弧形(xing)的(de)，這是因(yin)為地(di)平線(xian)擋(dang)住了它(ta)的(de)下半(ban)(ban)部分。而太(tai)陽的(de)高度可以(yi)決(jue)定彩虹(hong)(hong)弧度的(de)多(duo)少，太(tai)陽在天空(kong)中越低(di)，彩虹(hong)(hong)的(de)底部就(jiu)越高。因(yin)此站得越高，看(kan)到的(de)彩虹(hong)(hong)弧度就(jiu)越完整(zheng)。

形成原因

由于(yu)地(di)球表面(mian)(mian)(mian)是一(yi)個曲面(mian)(mian)(mian)并且被厚(hou)厚(hou)的(de)大(da)(da)氣所(suo)(suo)覆蓋，雨后空氣中的(de)水(shui)含量比平時高，當陽(yang)光(guang)照射入空氣中的(de)小(xiao)水(shui)滴(di)時就(jiu)形成了(le)折射。同時由于(yu)地(di)球表面(mian)(mian)(mian)的(de)大(da)(da)氣層為(wei)一(yi)弧面(mian)(mian)(mian)從(cong)而導致(zhi)了(le)陽(yang)光(guang)在(zai)表面(mian)(mian)(mian)折射形成了(le)我們所(suo)(suo)見到(dao)的(de)弧形彩虹。

目擊現場

來自西澳大(da)利亞州佩(pei)斯(si)的攝影師(shi)科林-萊昂哈(ha)特在(zai)旅(lv)行經過科茨洛灘時，拍到了一個全圓形(xing)彩虹。

科林說：“我(wo)們(men)當時在(zai)(zai)(zai)結(jie)束一次(ci)航拍的返程途中，直升機經過一片陣雨(yu)區(qu)。當我(wo)們(men)穿(chuan)過雨(yu)區(qu)邊緣的時候，太陽正(zheng)在(zai)(zai)(zai)落山，位置(zhi)很低，陽光正(zheng)好(hao)打造出(chu)這一奇特(te)的彩虹。它(ta)就在(zai)(zai)(zai)我(wo)們(men)的正(zheng)前(qian)方形成了。”

于是科林拿出(chu)相機，抓拍下了全圓形彩(cai)虹(hong)的形成(cheng)過(guo)程。

據(ju)美國國家(jia)航空航天局介紹，全圓形彩虹(hong)現(xian)象和觀測者位置(zhi)有(you)很大關(guan)系，主(zhu)要是由雨滴對陽光(guang)的內反射形成(cheng)的。

形成條件

空(kong)中漂浮的(de)小水滴(di)就像一個個球形透鏡(jing)，陽光射入水滴(di)后，經過(guo)折射、反(fan)射再折射出來，進(jin)入我們(men)的(de)眼(yan)睛。本來的(de)白光進(jin)入水滴(di)后，會像牛(niu)頓的(de)三棱鏡(jing)實驗一樣，由于折射而分成(cheng)不(bu)同(tong)的(de)色光，所以彩(cai)虹才有不(bu)同(tong)的(de)顏色。

空氣中(zhong)布滿水(shui)滴，為什(shen)么我(wo)們(men)只看到(dao)一道(dao)彩虹(hong)(hong)，而不是到(dao)處(chu)都有彩虹(hong)(hong)呢?這(zhe)是因為光(guang)線(xian)入射(she)水(shui)珠的位(wei)置(zhi)，只有一個角度(du)(du)會讓折(zhe)射(she)出的光(guang)線(xian)強(qiang)度(du)(du)最(zui)大(da)(見(jian)圖A)。這(zhe)就是解讀彩虹(hong)(hong)現象的最(zui)基(ji)本原理(li)：入射(she)光(guang)和眼睛見(jian)到(dao)色光(guang)的視線(xian)間有一個固定的夾角。

因此，并不(bu)(bu)是(shi)只有(you)空中(zhong)某些特別的(de)水珠會產(chan)生彩虹，而是(shi)只有(you)在(zai)特定角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)度的(de)水珠所(suo)折(zhe)射(she)(she)出來的(de)色(se)光(guang)才能進入我們的(de)眼(yan)睛。這個角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)度和不(bu)(bu)同(tong)色(se)光(guang)的(de)折(zhe)射(she)(she)率有(you)關，例如紅(hong)光(guang)的(de)折(zhe)射(she)(she)率較小(xiao)，夾角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)較大(約42°13')；反之，紫光(guang)折(zhe)射(she)(she)率小(xiao)，夾角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)就(jiu)較小(xiao)(約40°30')。這就(jiu)造(zao)成紅(hong)色(se)在(zai)上、紫色(se)在(zai)下的(de)彩虹。

因(yin)為(wei)陽(yang)光是平(ping)行(xing)入(ru)射(she)，由上述(shu)原理和“并行(xing)線同(tong)位(wei)角相等”定理，進入(ru)眼中的(de)色光會因(yin)為(wei)空(kong)氣中的(de)水珠層厚度(du)的(de)增加而加強，這(zhe)就是為(wei)什么大雨后(hou)的(de)彩(cai)虹較清楚、小雨后(hou)的(de)較淡薄的(de)原因(yin)。

由于固(gu)定(ding)夾(jia)角的(de)限(xian)制，當太陽在(zai)我們頭上時，折射的(de)光線不(bu)能(neng)進(jin)入(ru)眼睛，所(suo)以看不(bu)到(dao)(dao)彩(cai)虹。必須(xu)到(dao)(dao)下午4點(dian)以后，彩(cai)虹才會(hui)在(zai)山(shan)巒或城市的(de)天際出現(xian)，而(er)且隨著時間越(yue)接(jie)近傍晚(wan)，彩(cai)虹的(de)位置(zhi)會(hui)越(yue)高(gao)，這也是前述基本原(yuan)理的(de)應用。

根據(ju)同樣(yang)的(de)原理，考慮以通過眼(yan)(yan)睛(jing)平行(xing)于(yu)入(ru)射(she)陽(yang)光(guang)的(de)直(zhi)線(xian)為軸，旋轉在(zai)你眼(yan)(yan)中造(zao)成彩虹的(de)入(ru)射(she)光(guang)線(xian)，這(zhe)時，進入(ru)眼(yan)(yan)睛(jing)的(de)折(zhe)射(she)色(se)光(guang)，會轉出一個(ge)圓(yuan)錐(zhui)面(mian)。如果入(ru)射(she)光(guang)與地面(mian)不(bu)平行(xing)(例如下午(wu)4點時)，這(zhe)個(ge)圓(yuan)錐(zhui)面(mian)投射(she)到我們(men)眼(yan)(yan)里，看起來只是一段短圓(yuan)弧。但(dan)是到了傍(bang)晚，陽(yang)光(guang)平行(xing)于(yu)地面(mian)時，我們(men)眼(yan)(yan)中的(de)彩虹，就幾乎是正半圓(yuan)。

由(you)(you)于地(di)球表面是一個曲(qu)面并且被厚厚的大氣(qi)所(suo)(suo)覆(fu)蓋(gai)，雨后(hou)空氣(qi)中(zhong)的水(shui)含量比平時高，當(dang)陽(yang)光(guang)照射(she)入空氣(qi)中(zhong)的小水(shui)滴時就形成了折射(she)。同(tong)時由(you)(you)于地(di)球表面的大氣(qi)層為(wei)一弧面從而導致了陽(yang)光(guang)在表面折射(she)形成了我們(men)所(suo)(suo)見到(dao)的弧形彩虹。

科學證明，所有(you)的(de)彩虹都是全圓形(xing)的(de)，只是我們(men)平時無法從(cong)地(di)面上(shang)看到。想要(yao)看到全圓形(xing)彩虹是非常難得的(de)，必須具備“天時地(di)利(li)”的(de)條件，所以(yi)通常只有(you)飛行員才能見到這(zhe)種自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火焰(yan)彩(cai)(cai)虹，是極為(wei)少(shao)見的(de)景象(xiang)，只(zhi)有(you)太(tai)陽處于天頂，太(tai)陽光(guang)穿(chuan)射過高海拔處的(de)卷云(yun)，并且卷云(yun)富含(han)冰晶時，火焰(yan)彩(cai)(cai)虹才有(you)可能產生(sheng)。火焰(yan)彩(cai)(cai)虹也叫彩(cai)(cai)虹云(yun)。

冰彩虹

氣象官員又(you)將冰彩(cai)虹(hong)稱作"22度(du)(du)虹(hong)"，因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)(zhong)環形(xing)結構(gou)是(shi)(shi)在太陽(yang)周(zhou)圍22度(du)(du)范圍內形(xing)成的(de)(de)。這(zhe)種(zhong)(zhong)視覺現象是(shi)(shi)由大(da)氣里的(de)(de)盤狀冰晶反射陽(yang)光形(xing)成的(de)(de)冰彩(cai)虹(hong)，這(zhe)些冰晶所在的(de)(de)云(yun)團一般很(hen)薄，而(er)且是(shi)(shi)一簇(cu)(cu)簇(cu)(cu)聚(ju)集在一起，常被稱作卷云(yun)。只(zhi)有當太陽(yang)升得(de)很(hen)高(gao)(大(da)約位于(yu)地平(ping)(ping)線上方58度(du)(du)范圍內)，而(er)且它發出的(de)(de)光正好從高(gao)空(kong)卷云(yun)里穿(chuan)過時，才(cai)能看到這(zhe)種(zhong)(zhong)罕見現象。太陽(yang)的(de)(de)高(gao)度(du)(du)決定(ding)了(le)這(zhe)種(zhong)(zhong)光暈(yun)的(de)(de)清晰(xi)度(du)(du)。而(er)且卷云(yun)里的(de)(de)冰晶必須呈六邊形(xing)，而(er)且薄薄的(de)(de)冰片必須與地面平(ping)(ping)行。

月亮彩虹

我們都知道，彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)是(shi)經(jing)常(chang)在雨后出現的(de)，而且經(jing)常(chang)會(hui)出現。但是(shi)，這(zhe)(zhe)種(zhong)月(yue)(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)并不經(jing)常(chang)被人們看(kan)(kan)到(dao)。因為月(yue)(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)形(xing)成的(de)條件比較(jiao)少見，它一(yi)般都是(shi)在滿月(yue)(yue)(yue)或者是(shi)馬上就滿月(yue)(yue)(yue)的(de)夜晚，而且還需要在月(yue)(yue)(yue)亮(liang)(liang)低垂的(de)時候才會(hui)發(fa)生這(zhe)(zhe)種(zhong)現象。這(zhe)(zhe)種(zhong)月(yue)(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)看(kan)(kan)起(qi)來特別的(de)獨特，非(fei)常(chang)漂亮(liang)(liang)。最(zui)經(jing)常(chang)看(kan)(kan)到(dao)月(yue)(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)的(de)地方(fang)就是(shi)在美國的(de)坎伯蘭大瀑布那(nei)里(li)，還可(ke)以(yi)看(kan)(kan)到(dao)很漂亮(liang)(liang)的(de)月(yue)(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)。