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彩虹是由將太(tai)陽光分(fen)解成不同(tong)波長(chang)或顏色的(de)(de)水滴形成的(de)(de)。而我們平時看見的(de)(de)彩虹只是半弧形的(de)(de)，這(zhe)是因為地平線擋住了它的(de)(de)下半部分(fen)。而太(tai)陽的(de)(de)高度可以決定(ding)彩虹弧度的(de)(de)多少，太(tai)陽在天空中越(yue)(yue)低，彩虹的(de)(de)底部就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)高。因此站得越(yue)(yue)高，看到的(de)(de)彩虹弧度就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)完整。

形成原因

由于(yu)地(di)球表(biao)面(mian)(mian)(mian)是一(yi)個曲面(mian)(mian)(mian)并且被厚(hou)厚(hou)的大(da)(da)氣(qi)所覆蓋，雨后空氣(qi)中(zhong)的水含量比平時高，當陽(yang)光照射(she)入(ru)空氣(qi)中(zhong)的小水滴時就形成(cheng)了折(zhe)射(she)。同(tong)時由于(yu)地(di)球表(biao)面(mian)(mian)(mian)的大(da)(da)氣(qi)層為一(yi)弧(hu)面(mian)(mian)(mian)從而導致了陽(yang)光在表(biao)面(mian)(mian)(mian)折(zhe)射(she)形成(cheng)了我(wo)們所見到的弧(hu)形彩(cai)虹。

目擊現場

來自(zi)西澳大利亞州(zhou)佩斯的(de)攝(she)影(ying)師科林(lin)-萊(lai)昂哈特在(zai)旅行經過科茨洛(luo)灘時，拍到了一個全(quan)圓形彩虹(hong)。

科林說：“我(wo)們(men)當時在結束一次航拍的(de)返程途(tu)中，直升機經過(guo)一片陣雨(yu)區。當我(wo)們(men)穿過(guo)雨(yu)區邊(bian)緣的(de)時候，太陽正在落山(shan)，位置很低(di)，陽光正好打造(zao)出這(zhe)一奇(qi)特的(de)彩虹(hong)。它就在我(wo)們(men)的(de)正前(qian)方形成了。”

于是(shi)科林(lin)拿(na)出相機，抓拍下了全圓形彩虹的形成過程。

據美(mei)國國家航空航天局(ju)介紹，全圓形彩虹現象和觀測者位置有很大(da)關系，主要是(shi)由雨滴對陽光(guang)的內(nei)反射形成的。

形成條件

空中漂(piao)浮的(de)小水滴(di)就像一(yi)個(ge)個(ge)球形透鏡(jing)(jing)，陽光射入水滴(di)后，經過折(zhe)射、反射再折(zhe)射出(chu)來，進(jin)入我們的(de)眼睛。本來的(de)白(bai)光進(jin)入水滴(di)后，會像牛頓的(de)三棱鏡(jing)(jing)實驗一(yi)樣(yang)，由于(yu)折(zhe)射而(er)分成不(bu)同的(de)色(se)光，所以(yi)彩(cai)虹才有不(bu)同的(de)顏(yan)色(se)。

空氣中布滿水滴，為什么我們(men)只(zhi)看(kan)到(dao)一(yi)道(dao)彩(cai)(cai)虹，而不是到(dao)處都(dou)有(you)(you)彩(cai)(cai)虹呢?這是因為光(guang)(guang)線(xian)入射(she)水珠的(de)(de)位置，只(zhi)有(you)(you)一(yi)個(ge)角(jiao)度會讓折射(she)出的(de)(de)光(guang)(guang)線(xian)強度最大(見(jian)圖A)。這就(jiu)是解(jie)讀彩(cai)(cai)虹現象的(de)(de)最基本(ben)原理：入射(she)光(guang)(guang)和眼睛(jing)見(jian)到(dao)色(se)光(guang)(guang)的(de)(de)視線(xian)間有(you)(you)一(yi)個(ge)固定的(de)(de)夾角(jiao)。

因此，并不是只(zhi)有空中某(mou)些特別的(de)水珠會產生彩(cai)虹，而是只(zhi)有在特定角(jiao)度的(de)水珠所折(zhe)射(she)(she)出來的(de)色(se)(se)光才能(neng)進入我們的(de)眼睛(jing)。這(zhe)個角(jiao)度和(he)不同色(se)(se)光的(de)折(zhe)射(she)(she)率有關，例如(ru)紅(hong)光的(de)折(zhe)射(she)(she)率較(jiao)小，夾角(jiao)較(jiao)大(約(yue)(yue)42°13')；反之，紫(zi)光折(zhe)射(she)(she)率小，夾角(jiao)就較(jiao)小(約(yue)(yue)40°30')。這(zhe)就造(zao)成紅(hong)色(se)(se)在上、紫(zi)色(se)(se)在下(xia)的(de)彩(cai)虹。

因為陽光是平(ping)行入射，由(you)上述原理和“并行線同位(wei)角相等”定理，進入眼中的(de)色光會因為空氣中的(de)水(shui)珠層厚度(du)的(de)增加而加強，這(zhe)就(jiu)是為什么大雨(yu)后的(de)彩虹(hong)較(jiao)清楚、小(xiao)雨(yu)后的(de)較(jiao)淡薄的(de)原因。

由(you)于固定夾角的(de)(de)限制，當太陽在(zai)我(wo)們頭上時，折射的(de)(de)光線不(bu)能(neng)進入(ru)眼睛，所(suo)以看不(bu)到(dao)彩(cai)虹(hong)。必須到(dao)下(xia)午4點以后，彩(cai)虹(hong)才會在(zai)山巒或(huo)城市的(de)(de)天際出(chu)現，而且隨著時間越(yue)接近(jin)傍晚，彩(cai)虹(hong)的(de)(de)位置(zhi)會越(yue)高(gao)，這也是(shi)前述基本(ben)原(yuan)理(li)的(de)(de)應(ying)用。

根(gen)據同(tong)樣的原(yuan)理，考慮以通過眼(yan)睛平(ping)行于入(ru)(ru)射陽光(guang)(guang)(guang)(guang)的直線(xian)為軸，旋轉在你眼(yan)中造成彩虹(hong)的入(ru)(ru)射光(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)，這時(shi)，進入(ru)(ru)眼(yan)睛的折射色光(guang)(guang)(guang)(guang)，會轉出一(yi)個圓(yuan)(yuan)(yuan)錐面(mian)。如果(guo)入(ru)(ru)射光(guang)(guang)(guang)(guang)與地面(mian)不平(ping)行(例如下午4點(dian)時(shi))，這個圓(yuan)(yuan)(yuan)錐面(mian)投射到我們(men)眼(yan)里(li)，看(kan)起來只是一(yi)段短圓(yuan)(yuan)(yuan)弧。但是到了傍晚(wan)，陽光(guang)(guang)(guang)(guang)平(ping)行于地面(mian)時(shi)，我們(men)眼(yan)中的彩虹(hong)，就(jiu)幾乎是正半圓(yuan)(yuan)(yuan)。

由(you)(you)于地(di)球表(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并且被厚厚的大(da)氣(qi)(qi)所覆蓋，雨后空(kong)氣(qi)(qi)中的水(shui)含量(liang)比平時高(gao)，當陽(yang)光(guang)照射(she)入空(kong)氣(qi)(qi)中的小水(shui)滴時就(jiu)形(xing)(xing)成了折(zhe)射(she)。同時由(you)(you)于地(di)球表(biao)面(mian)的大(da)氣(qi)(qi)層為一弧(hu)面(mian)從而導致(zhi)了陽(yang)光(guang)在表(biao)面(mian)折(zhe)射(she)形(xing)(xing)成了我們所見到的弧(hu)形(xing)(xing)彩虹(hong)。

科學(xue)證(zheng)明，所有的彩虹都(dou)是全(quan)圓(yuan)(yuan)形的，只是我們平(ping)時無法從地面上看(kan)到(dao)。想要看(kan)到(dao)全(quan)圓(yuan)(yuan)形彩虹是非常(chang)難得的，必(bi)須(xu)具備“天時地利”的條件，所以(yi)通常(chang)只有飛(fei)行員(yuan)才能見到(dao)這種自然(ran)奇(qi)觀。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩虹，是極為少見的(de)景象(xiang)，只有(you)太陽處(chu)于天頂，太陽光穿(chuan)射過高海拔(ba)處(chu)的(de)卷云(yun)，并且(qie)卷云(yun)富含冰晶時，火焰彩虹才有(you)可能產生。火焰彩虹也叫彩虹云(yun)。

冰彩虹

氣象官員又將冰彩(cai)虹稱作"22度虹"，因為這(zhe)種(zhong)(zhong)環形結構是(shi)在(zai)(zai)太(tai)陽(yang)(yang)周圍22度范圍內(nei)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。這(zhe)種(zhong)(zhong)視覺現(xian)象是(shi)由大氣里(li)的(de)(de)(de)(de)盤(pan)狀冰晶反射陽(yang)(yang)光形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)冰彩(cai)虹，這(zhe)些冰晶所在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)云(yun)團一般(ban)很(hen)薄，而(er)(er)且是(shi)一簇簇聚集在(zai)(zai)一起，常被(bei)稱作卷云(yun)。只有當(dang)太(tai)陽(yang)(yang)升得很(hen)高(大約位于(yu)地平(ping)線(xian)上(shang)方58度范圍內(nei))，而(er)(er)且它發出的(de)(de)(de)(de)光正好從高空卷云(yun)里(li)穿(chuan)過時，才(cai)能(neng)看到這(zhe)種(zhong)(zhong)罕見現(xian)象。太(tai)陽(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)高度決定了這(zhe)種(zhong)(zhong)光暈的(de)(de)(de)(de)清(qing)晰度。而(er)(er)且卷云(yun)里(li)的(de)(de)(de)(de)冰晶必須(xu)呈六邊形，而(er)(er)且薄薄的(de)(de)(de)(de)冰片必須(xu)與地面平(ping)行。

月亮彩虹

我們(men)都知道(dao)，彩(cai)虹(hong)是經(jing)常在雨(yu)后出(chu)現(xian)的(de)，而且(qie)經(jing)常會出(chu)現(xian)。但是，這(zhe)種月亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)并不經(jing)常被人們(men)看到。因(yin)為(wei)月亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)形成的(de)條(tiao)件(jian)比較(jiao)少見，它(ta)一般都是在滿月或者是馬上就滿月的(de)夜晚，而且(qie)還(huan)需(xu)要在月亮(liang)(liang)低(di)垂的(de)時候才會發生這(zhe)種現(xian)象。這(zhe)種月亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)看起來特別的(de)獨特，非常漂亮(liang)(liang)。最經(jing)常看到月亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)的(de)地(di)方就是在美國的(de)坎伯蘭大瀑(pu)布那里，還(huan)可以看到很漂亮(liang)(liang)的(de)月亮(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)。