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彩虹(hong)是由將太陽光分解成(cheng)不同波長或(huo)顏色的(de)(de)水(shui)滴(di)形成(cheng)的(de)(de)。而我們(men)平(ping)時看見的(de)(de)彩虹(hong)只(zhi)是半弧(hu)(hu)形的(de)(de)，這(zhe)是因為地平(ping)線擋住了它的(de)(de)下半部分。而太陽的(de)(de)高度可以決定(ding)彩虹(hong)弧(hu)(hu)度的(de)(de)多少，太陽在天(tian)空(kong)中(zhong)越低(di)，彩虹(hong)的(de)(de)底部就(jiu)越高。因此(ci)站得越高，看到的(de)(de)彩虹(hong)弧(hu)(hu)度就(jiu)越完整。

形成原因

由(you)(you)于地球表(biao)面(mian)(mian)是一(yi)個(ge)曲面(mian)(mian)并且被厚厚的(de)大(da)氣(qi)(qi)所(suo)覆(fu)蓋，雨后(hou)空氣(qi)(qi)中的(de)水含(han)量(liang)比平時高(gao)，當陽光(guang)照射(she)入(ru)空氣(qi)(qi)中的(de)小水滴(di)時就形成了(le)折(zhe)射(she)。同時由(you)(you)于地球表(biao)面(mian)(mian)的(de)大(da)氣(qi)(qi)層為一(yi)弧(hu)面(mian)(mian)從(cong)而導致了(le)陽光(guang)在表(biao)面(mian)(mian)折(zhe)射(she)形成了(le)我們所(suo)見到的(de)弧(hu)形彩虹。

目擊現場

來自(zi)西(xi)澳大(da)利(li)亞(ya)州佩斯的攝(she)影師科林-萊昂哈特在旅行經過科茨洛灘時，拍到了一個全圓形(xing)彩(cai)虹。

科林說：“我們當時在結束一次航拍的返程途中，直升機經(jing)過(guo)一片陣(zhen)雨(yu)區。當我們穿過(guo)雨(yu)區邊緣的時候，太(tai)陽正(zheng)在落山，位(wei)置(zhi)很(hen)低(di)，陽光正(zheng)好打(da)造出這一奇(qi)特的彩(cai)虹。它就(jiu)在我們的正(zheng)前方形成了。”

于是(shi)科林拿(na)出相機，抓拍下了全(quan)圓形(xing)彩虹的形(xing)成過程(cheng)。

據(ju)美國國家航空航天局介紹，全圓形彩虹(hong)現象(xiang)和觀(guan)測者位(wei)置有很大(da)關系(xi)，主要是由雨滴(di)對(dui)陽光的內(nei)反射形成的。

形成條件

空中(zhong)漂浮的(de)(de)小(xiao)水(shui)(shui)滴(di)就(jiu)像(xiang)一個個球形透(tou)鏡，陽光(guang)(guang)射(she)入水(shui)(shui)滴(di)后，經過折(zhe)射(she)、反射(she)再折(zhe)射(she)出(chu)來，進入我們的(de)(de)眼睛。本來的(de)(de)白光(guang)(guang)進入水(shui)(shui)滴(di)后，會像(xiang)牛頓的(de)(de)三棱(leng)鏡實驗一樣，由于折(zhe)射(she)而分(fen)成不同的(de)(de)色光(guang)(guang)，所以彩虹才(cai)有不同的(de)(de)顏(yan)色。

空氣(qi)中布滿水滴，為什么我們只看到一(yi)道彩(cai)虹(hong)，而不是到處(chu)都有彩(cai)虹(hong)呢?這(zhe)是因為光線入射水珠的(de)(de)位(wei)置(zhi)，只有一(yi)個角(jiao)度(du)(du)會讓折射出的(de)(de)光線強度(du)(du)最大(見(jian)圖(tu)A)。這(zhe)就是解讀彩(cai)虹(hong)現(xian)象的(de)(de)最基本原理(li)：入射光和眼(yan)睛見(jian)到色光的(de)(de)視(shi)線間有一(yi)個固定(ding)的(de)(de)夾角(jiao)。

因此，并不(bu)是只(zhi)(zhi)有空中(zhong)某些特(te)別的(de)水(shui)珠會產生彩(cai)虹，而是只(zhi)(zhi)有在特(te)定角(jiao)(jiao)度的(de)水(shui)珠所(suo)折(zhe)射(she)(she)出來的(de)色(se)光(guang)才(cai)能進(jin)入我們的(de)眼睛(jing)。這個角(jiao)(jiao)度和不(bu)同色(se)光(guang)的(de)折(zhe)射(she)(she)率有關，例如紅光(guang)的(de)折(zhe)射(she)(she)率較小，夾角(jiao)(jiao)較大(da)(約42°13')；反之，紫光(guang)折(zhe)射(she)(she)率小，夾角(jiao)(jiao)就(jiu)較小(約40°30')。這就(jiu)造成(cheng)紅色(se)在上、紫色(se)在下(xia)的(de)彩(cai)虹。

因為陽(yang)光是平(ping)行入(ru)射，由上述原(yuan)理(li)和(he)“并行線(xian)同位角相等”定理(li)，進入(ru)眼中的(de)色光會(hui)因為空氣中的(de)水珠層(ceng)厚度的(de)增加而加強，這(zhe)就是為什么大雨后(hou)的(de)彩(cai)虹較清楚、小雨后(hou)的(de)較淡(dan)薄的(de)原(yuan)因。

由于固定夾角(jiao)的限制，當太陽在我們頭上時，折射的光線(xian)不(bu)能(neng)進入(ru)眼睛，所以看不(bu)到彩虹。必須到下午4點以后(hou)，彩虹才(cai)會在山巒(luan)或城市的天(tian)際出現(xian)，而且隨著時間越接近傍晚，彩虹的位置會越高(gao)，這也(ye)是前述基(ji)本(ben)原理的應(ying)用。

根據同(tong)樣的原理，考慮以通(tong)過眼(yan)睛(jing)平行(xing)于(yu)入射陽光的直線(xian)為軸(zhou)，旋轉(zhuan)在你眼(yan)中造成彩(cai)虹的入射光線(xian)，這時，進入眼(yan)睛(jing)的折射色光，會轉(zhuan)出一個(ge)(ge)圓(yuan)錐面。如(ru)果入射光與地面不平行(xing)(例如(ru)下(xia)午(wu)4點時)，這個(ge)(ge)圓(yuan)錐面投射到我(wo)們眼(yan)里，看起來只是一段短圓(yuan)弧。但是到了傍晚，陽光平行(xing)于(yu)地面時，我(wo)們眼(yan)中的彩(cai)虹，就幾乎是正(zheng)半圓(yuan)。

由于地(di)球(qiu)表面(mian)是一個曲面(mian)并(bing)且被厚厚的(de)大氣(qi)所覆蓋，雨后空氣(qi)中(zhong)的(de)水(shui)含量比平時高，當陽(yang)光(guang)照射入空氣(qi)中(zhong)的(de)小水(shui)滴(di)時就形(xing)成(cheng)了折(zhe)射。同時由于地(di)球(qiu)表面(mian)的(de)大氣(qi)層為一弧面(mian)從而導致(zhi)了陽(yang)光(guang)在(zai)表面(mian)折(zhe)射形(xing)成(cheng)了我們所見(jian)到(dao)的(de)弧形(xing)彩虹。

科學證明，所(suo)有(you)的彩虹都是(shi)全(quan)圓形的，只是(shi)我(wo)們平時無法從(cong)地面上看到。想要(yao)看到全(quan)圓形彩虹是(shi)非常難得的，必須具備“天(tian)時地利”的條件(jian)，所(suo)以(yi)通常只有(you)飛(fei)行員才能見(jian)到這(zhe)種(zhong)自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩虹，是極為少見(jian)的(de)景象，只有(you)太(tai)陽處(chu)于天頂，太(tai)陽光穿射過高海拔處(chu)的(de)卷云，并且卷云富(fu)含冰(bing)晶時，火焰彩虹才有(you)可能產生(sheng)。火焰彩虹也(ye)叫彩虹云。

冰彩虹

氣象官(guan)員又將(jiang)冰(bing)彩虹稱作"22度(du)虹"，因為這(zhe)種(zhong)環形結(jie)構是在(zai)太(tai)陽(yang)周圍(wei)22度(du)范圍(wei)內形成(cheng)(cheng)的(de)。這(zhe)種(zhong)視覺現(xian)象是由大氣里的(de)盤狀冰(bing)晶(jing)(jing)反(fan)射陽(yang)光形成(cheng)(cheng)的(de)冰(bing)彩虹，這(zhe)些(xie)冰(bing)晶(jing)(jing)所在(zai)的(de)云(yun)(yun)團一(yi)(yi)般很薄(bo)，而且是一(yi)(yi)簇(cu)簇(cu)聚集在(zai)一(yi)(yi)起，常被稱作卷云(yun)(yun)。只(zhi)有當(dang)太(tai)陽(yang)升得很高(gao)(gao)(大約(yue)位于(yu)地平線上(shang)方58度(du)范圍(wei)內)，而且它(ta)發出(chu)的(de)光正(zheng)好從高(gao)(gao)空卷云(yun)(yun)里穿過時，才(cai)能(neng)看(kan)到這(zhe)種(zhong)罕見現(xian)象。太(tai)陽(yang)的(de)高(gao)(gao)度(du)決定了這(zhe)種(zhong)光暈的(de)清(qing)晰(xi)度(du)。而且卷云(yun)(yun)里的(de)冰(bing)晶(jing)(jing)必(bi)須(xu)呈六邊形，而且薄(bo)薄(bo)的(de)冰(bing)片必(bi)須(xu)與(yu)地面平行。

月亮彩虹

我們(men)都(dou)知(zhi)道，彩虹(hong)是經常(chang)在(zai)(zai)雨后出現(xian)的(de)(de)(de)，而且經常(chang)會出現(xian)。但是，這種月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩虹(hong)并不(bu)經常(chang)被人們(men)看(kan)到(dao)。因為(wei)月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩虹(hong)形(xing)成的(de)(de)(de)條件比較少見(jian)，它一般都(dou)是在(zai)(zai)滿(man)月(yue)或(huo)者是馬上就(jiu)滿(man)月(yue)的(de)(de)(de)夜晚，而且還(huan)(huan)需要(yao)在(zai)(zai)月(yue)亮(liang)(liang)(liang)低(di)垂的(de)(de)(de)時候才會發生這種現(xian)象。這種月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩虹(hong)看(kan)起來特(te)別(bie)的(de)(de)(de)獨(du)特(te)，非常(chang)漂(piao)亮(liang)(liang)(liang)。最經常(chang)看(kan)到(dao)月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩虹(hong)的(de)(de)(de)地方(fang)就(jiu)是在(zai)(zai)美國的(de)(de)(de)坎伯蘭大(da)瀑布那里，還(huan)(huan)可以看(kan)到(dao)很漂(piao)亮(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩虹(hong)。