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彩(cai)(cai)(cai)虹是由將太陽(yang)光(guang)分(fen)解成(cheng)不同波(bo)長或顏色的(de)水滴形(xing)成(cheng)的(de)。而我(wo)們平(ping)時看見的(de)彩(cai)(cai)(cai)虹只是半弧形(xing)的(de)，這是因為地平(ping)線(xian)擋住了它(ta)的(de)下(xia)半部(bu)分(fen)。而太陽(yang)的(de)高(gao)度(du)可以決定彩(cai)(cai)(cai)虹弧度(du)的(de)多少，太陽(yang)在天空(kong)中越(yue)(yue)(yue)低(di)，彩(cai)(cai)(cai)虹的(de)底部(bu)就(jiu)越(yue)(yue)(yue)高(gao)。因此站得越(yue)(yue)(yue)高(gao)，看到的(de)彩(cai)(cai)(cai)虹弧度(du)就(jiu)越(yue)(yue)(yue)完(wan)整。

形成原因

由(you)于地(di)球表面(mian)是一(yi)個(ge)曲面(mian)并(bing)且被厚厚的大氣(qi)(qi)所覆蓋，雨(yu)后空氣(qi)(qi)中(zhong)的水含量(liang)比平時高，當陽光(guang)照射入空氣(qi)(qi)中(zhong)的小水滴時就形(xing)(xing)成了折射。同時由(you)于地(di)球表面(mian)的大氣(qi)(qi)層為(wei)一(yi)弧面(mian)從而導致了陽光(guang)在表面(mian)折射形(xing)(xing)成了我們所見(jian)到的弧形(xing)(xing)彩虹。

目擊現場

來自西澳大利亞州佩斯的(de)攝影(ying)師(shi)科(ke)林-萊昂哈特在旅行(xing)經(jing)過(guo)科(ke)茨洛灘時，拍到(dao)了一(yi)個全圓形彩虹。

科(ke)林說：“我(wo)(wo)們(men)當(dang)(dang)時在(zai)結(jie)束(shu)一(yi)次航拍的(de)(de)返程途中，直(zhi)升機經(jing)過一(yi)片(pian)陣雨(yu)區。當(dang)(dang)我(wo)(wo)們(men)穿過雨(yu)區邊緣的(de)(de)時候，太陽(yang)正在(zai)落山，位置(zhi)很低，陽(yang)光正好(hao)打造出這一(yi)奇特的(de)(de)彩虹。它(ta)就(jiu)在(zai)我(wo)(wo)們(men)的(de)(de)正前方(fang)形成了。”

于是科林拿出相機，抓拍下了全圓形(xing)彩虹的形(xing)成過程(cheng)。

據美國(guo)國(guo)家航空航天局介紹，全(quan)圓形(xing)彩虹(hong)現象和(he)觀測者位置有很大關系，主(zhu)要(yao)是由雨(yu)滴對陽光(guang)的(de)內反(fan)射形(xing)成(cheng)的(de)。

形成條件

空中漂浮的(de)(de)小(xiao)水滴就像(xiang)一個個球(qiu)形透(tou)鏡，陽光(guang)(guang)射(she)(she)入水滴后(hou)，經過(guo)折射(she)(she)、反射(she)(she)再折射(she)(she)出來，進(jin)入我們(men)的(de)(de)眼睛。本(ben)來的(de)(de)白(bai)光(guang)(guang)進(jin)入水滴后(hou)，會像(xiang)牛頓的(de)(de)三棱鏡實驗一樣(yang)，由(you)于折射(she)(she)而分成不同的(de)(de)色(se)光(guang)(guang)，所以彩虹才有不同的(de)(de)顏(yan)色(se)。

空氣(qi)中布滿水滴，為什么我們只(zhi)看到(dao)一道彩虹(hong)，而不是到(dao)處都(dou)有彩虹(hong)呢?這是因為光(guang)線入(ru)射(she)水珠的(de)位置，只(zhi)有一個角度會讓折射(she)出的(de)光(guang)線強度最(zui)大(見圖A)。這就是解讀彩虹(hong)現象的(de)最(zui)基本(ben)原理(li)：入(ru)射(she)光(guang)和眼睛見到(dao)色光(guang)的(de)視線間有一個固定的(de)夾角。

因此，并(bing)不(bu)是(shi)只(zhi)有空中某(mou)些特別(bie)的水珠會產(chan)生彩虹(hong)，而是(shi)只(zhi)有在特定(ding)角度(du)的水珠所折射(she)出來的色光才能進入(ru)我們的眼睛。這個角度(du)和不(bu)同色光的折射(she)率(lv)(lv)有關，例如(ru)紅光的折射(she)率(lv)(lv)較(jiao)小(xiao)，夾角較(jiao)大(約42°13')；反之(zhi)，紫(zi)光折射(she)率(lv)(lv)小(xiao)，夾角就較(jiao)小(xiao)(約40°30')。這就造成紅色在上、紫(zi)色在下的彩虹(hong)。

因為(wei)(wei)陽光(guang)(guang)是(shi)平行入射，由上述原(yuan)理和“并行線同位(wei)角相等(deng)”定理，進(jin)入眼(yan)中的(de)(de)色光(guang)(guang)會因為(wei)(wei)空氣中的(de)(de)水珠(zhu)層厚度的(de)(de)增加(jia)而加(jia)強，這就(jiu)是(shi)為(wei)(wei)什么大雨(yu)后的(de)(de)彩(cai)虹較清楚、小雨(yu)后的(de)(de)較淡薄的(de)(de)原(yuan)因。

由于固定夾角的(de)限制(zhi)，當太陽(yang)在我們頭上時(shi)，折射的(de)光線不(bu)能進入(ru)眼睛，所以(yi)看不(bu)到(dao)彩(cai)虹。必須到(dao)下午(wu)4點以(yi)后，彩(cai)虹才會在山巒或城市(shi)的(de)天(tian)際(ji)出現(xian)，而且隨著時(shi)間越(yue)接近傍晚，彩(cai)虹的(de)位置會越(yue)高，這也是前述(shu)基(ji)本原理的(de)應用(yong)。

根據同樣(yang)的(de)(de)原理(li)，考(kao)慮(lv)以通過眼(yan)(yan)(yan)睛(jing)平(ping)行于入(ru)射陽(yang)光的(de)(de)直線為軸，旋轉在你眼(yan)(yan)(yan)中造成彩虹的(de)(de)入(ru)射光線，這(zhe)時，進入(ru)眼(yan)(yan)(yan)睛(jing)的(de)(de)折射色光，會轉出一(yi)個(ge)圓(yuan)錐面(mian)(mian)。如果入(ru)射光與地面(mian)(mian)不平(ping)行(例如下(xia)午4點時)，這(zhe)個(ge)圓(yuan)錐面(mian)(mian)投射到(dao)我們眼(yan)(yan)(yan)里，看起來只是(shi)(shi)一(yi)段短圓(yuan)弧。但是(shi)(shi)到(dao)了傍晚，陽(yang)光平(ping)行于地面(mian)(mian)時，我們眼(yan)(yan)(yan)中的(de)(de)彩虹，就幾乎是(shi)(shi)正半(ban)圓(yuan)。

由(you)(you)于地球表(biao)面是一(yi)個曲面并且被厚(hou)厚(hou)的大氣(qi)(qi)所覆(fu)蓋，雨(yu)后空(kong)氣(qi)(qi)中的水(shui)含(han)量比平(ping)時高，當陽光照射(she)入空(kong)氣(qi)(qi)中的小水(shui)滴時就形(xing)成了折射(she)。同時由(you)(you)于地球表(biao)面的大氣(qi)(qi)層(ceng)為一(yi)弧面從而(er)導致了陽光在表(biao)面折射(she)形(xing)成了我(wo)們(men)所見到(dao)的弧形(xing)彩虹。

科學證明，所有(you)的(de)彩虹都是全圓(yuan)形的(de)，只是我們平時無法從(cong)地(di)面(mian)上看到。想要看到全圓(yuan)形彩虹是非(fei)常難得的(de)，必(bi)須具備“天時地(di)利(li)”的(de)條(tiao)件，所以通(tong)常只有(you)飛行(xing)員才能見到這種自然奇觀(guan)。

相似現象

火焰彩虹

火(huo)(huo)焰(yan)彩虹(hong)(hong)，是(shi)極為少見的景(jing)象，只有(you)太陽處(chu)(chu)于天頂，太陽光穿射過(guo)高(gao)海拔處(chu)(chu)的卷云，并且卷云富含冰(bing)晶(jing)時，火(huo)(huo)焰(yan)彩虹(hong)(hong)才有(you)可能產(chan)生。火(huo)(huo)焰(yan)彩虹(hong)(hong)也(ye)叫(jiao)彩虹(hong)(hong)云。

冰彩虹

氣象官員又將(jiang)冰彩虹稱作"22度(du)虹"，因為(wei)這(zhe)(zhe)種(zhong)環形(xing)結構是(shi)在(zai)太(tai)陽(yang)(yang)周圍(wei)(wei)22度(du)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內形(xing)成(cheng)的(de)(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)視覺現象是(shi)由大氣里的(de)(de)盤狀冰晶(jing)反(fan)射陽(yang)(yang)光形(xing)成(cheng)的(de)(de)冰彩虹，這(zhe)(zhe)些冰晶(jing)所在(zai)的(de)(de)云(yun)團一般很薄，而(er)(er)且(qie)是(shi)一簇簇聚(ju)集(ji)在(zai)一起，常(chang)被稱作卷(juan)(juan)云(yun)。只有當太(tai)陽(yang)(yang)升得很高(gao)(gao)(大約位(wei)于地平線上方58度(du)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內)，而(er)(er)且(qie)它(ta)發出的(de)(de)光正好從高(gao)(gao)空卷(juan)(juan)云(yun)里穿過時，才(cai)能看到這(zhe)(zhe)種(zhong)罕見現象。太(tai)陽(yang)(yang)的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)決(jue)定了這(zhe)(zhe)種(zhong)光暈的(de)(de)清晰(xi)度(du)。而(er)(er)且(qie)卷(juan)(juan)云(yun)里的(de)(de)冰晶(jing)必須呈六邊形(xing)，而(er)(er)且(qie)薄薄的(de)(de)冰片必須與地面平行(xing)。

月亮彩虹

我(wo)們都(dou)知道，彩(cai)虹(hong)是經(jing)常在(zai)雨后出現(xian)的，而且經(jing)常會(hui)出現(xian)。但是，這種(zhong)(zhong)月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)并不經(jing)常被人們看(kan)到。因為月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)形成的條(tiao)件比較少見，它一(yi)般都(dou)是在(zai)滿月(yue)(yue)或者是馬上就滿月(yue)(yue)的夜晚，而且還需要在(zai)月(yue)(yue)亮(liang)低垂的時候(hou)才會(hui)發生(sheng)這種(zhong)(zhong)現(xian)象。這種(zhong)(zhong)月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)看(kan)起來特別的獨特，非常漂亮(liang)。最經(jing)常看(kan)到月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)的地(di)方就是在(zai)美國的坎伯蘭大(da)瀑布那里，還可以看(kan)到很漂亮(liang)的月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)。