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彩虹(hong)(hong)是由將太陽光分(fen)解成(cheng)不(bu)同(tong)波長(chang)或顏色(se)的(de)(de)水滴(di)形成(cheng)的(de)(de)。而我(wo)們平時看見的(de)(de)彩虹(hong)(hong)只(zhi)是半(ban)弧形的(de)(de)，這是因為(wei)地平線(xian)擋住了(le)它(ta)的(de)(de)下半(ban)部分(fen)。而太陽的(de)(de)高度(du)可以決(jue)定彩虹(hong)(hong)弧度(du)的(de)(de)多(duo)少，太陽在天空(kong)中越(yue)低(di)，彩虹(hong)(hong)的(de)(de)底部就越(yue)高。因此站得(de)越(yue)高，看到(dao)的(de)(de)彩虹(hong)(hong)弧度(du)就越(yue)完整(zheng)。

形成原因

由(you)于地球(qiu)表面(mian)(mian)是一(yi)(yi)個曲面(mian)(mian)并且被厚厚的大(da)氣(qi)所覆蓋，雨后空(kong)氣(qi)中的水(shui)含量(liang)比(bi)平時高，當(dang)陽(yang)光照(zhao)射入(ru)空(kong)氣(qi)中的小水(shui)滴時就形成了折射。同時由(you)于地球(qiu)表面(mian)(mian)的大(da)氣(qi)層(ceng)為(wei)一(yi)(yi)弧面(mian)(mian)從而(er)導(dao)致了陽(yang)光在表面(mian)(mian)折射形成了我們所見到的弧形彩虹(hong)。

目擊現場

來自西澳大(da)利(li)亞州佩斯的攝影師科林-萊昂哈特(te)在旅(lv)行經過科茨洛(luo)灘時(shi)，拍到了一個全圓形(xing)彩虹。

科林(lin)說：“我們當時(shi)在(zai)結束一(yi)(yi)次航拍的返程途中，直升機(ji)經(jing)過(guo)一(yi)(yi)片陣雨區。當我們穿(chuan)過(guo)雨區邊(bian)緣的時(shi)候(hou)，太陽(yang)正(zheng)在(zai)落山，位置很低(di)，陽(yang)光正(zheng)好打造出這(zhe)一(yi)(yi)奇特(te)的彩虹。它就在(zai)我們的正(zheng)前(qian)方形成(cheng)了。”

于(yu)是(shi)科林拿出相機，抓拍下了全圓形彩虹的形成過程。

據美國國家(jia)航空航天局介紹，全圓形(xing)彩虹現(xian)象和觀測者(zhe)位置有(you)很大關系，主要是(shi)由雨滴(di)對陽光的(de)內反(fan)射形(xing)成的(de)。

形成條件

空中漂浮(fu)的(de)小水滴(di)就像一個(ge)個(ge)球(qiu)形透鏡，陽光射入水滴(di)后，經過折(zhe)(zhe)射、反射再折(zhe)(zhe)射出來，進入我們的(de)眼(yan)睛。本來的(de)白光進入水滴(di)后，會像牛(niu)頓(dun)的(de)三(san)棱鏡實驗一樣(yang)，由于折(zhe)(zhe)射而分成不(bu)同的(de)色光，所以彩虹才(cai)有不(bu)同的(de)顏(yan)色。

空氣中布滿水(shui)滴，為什么(me)我們只看(kan)到(dao)一(yi)道(dao)彩(cai)虹，而(er)不是(shi)(shi)到(dao)處都有彩(cai)虹呢(ni)?這(zhe)是(shi)(shi)因為光線(xian)入(ru)射水(shui)珠(zhu)的(de)(de)位置(zhi)，只有一(yi)個角度(du)會讓(rang)折射出(chu)的(de)(de)光線(xian)強度(du)最大(見圖A)。這(zhe)就(jiu)是(shi)(shi)解讀彩(cai)虹現象的(de)(de)最基本(ben)原理：入(ru)射光和眼睛見到(dao)色光的(de)(de)視線(xian)間有一(yi)個固定的(de)(de)夾角。

因此，并不是只有空(kong)中某些特(te)別(bie)的(de)(de)水珠(zhu)會產(chan)生彩(cai)虹(hong)，而(er)是只有在(zai)特(te)定角度的(de)(de)水珠(zhu)所折射(she)出(chu)來(lai)的(de)(de)色光才能進入我們的(de)(de)眼睛。這個角度和(he)不同色光的(de)(de)折射(she)率有關，例如紅光的(de)(de)折射(she)率較小，夾角較大(約42°13')；反之，紫光折射(she)率小，夾角就較小(約40°30')。這就造(zao)成紅色在(zai)上、紫色在(zai)下的(de)(de)彩(cai)虹(hong)。

因為陽光是(shi)平行(xing)入(ru)射，由上述原(yuan)理和“并行(xing)線(xian)同(tong)位角相等”定理，進入(ru)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(er)加強，這就(jiu)是(shi)為什么大(da)雨(yu)(yu)后(hou)的(de)彩虹(hong)較清楚、小(xiao)雨(yu)(yu)后(hou)的(de)較淡薄的(de)原(yuan)因。

由于固定(ding)夾角的(de)限制(zhi)，當太陽(yang)在我們(men)頭上時(shi)，折射的(de)光線不(bu)能進入眼睛，所以看不(bu)到彩(cai)(cai)虹。必須到下午4點以后，彩(cai)(cai)虹才會在山巒或城市的(de)天際出現(xian)，而且隨著時(shi)間越接(jie)近傍晚，彩(cai)(cai)虹的(de)位(wei)置會越高，這也(ye)是前述(shu)基本(ben)原理(li)的(de)應用。

根(gen)據同樣(yang)的(de)(de)原理，考慮(lv)以通過眼(yan)(yan)(yan)睛(jing)平行(xing)于入(ru)射(she)(she)(she)陽(yang)光的(de)(de)直線(xian)(xian)為軸(zhou)，旋轉(zhuan)在(zai)你眼(yan)(yan)(yan)中造成彩(cai)虹(hong)的(de)(de)入(ru)射(she)(she)(she)光線(xian)(xian)，這時，進入(ru)眼(yan)(yan)(yan)睛(jing)的(de)(de)折(zhe)射(she)(she)(she)色光，會轉(zhuan)出一個圓(yuan)錐面(mian)。如果(guo)入(ru)射(she)(she)(she)光與(yu)地面(mian)不平行(xing)(例如下午(wu)4點時)，這個圓(yuan)錐面(mian)投射(she)(she)(she)到(dao)我(wo)們眼(yan)(yan)(yan)里，看起來只(zhi)是一段短圓(yuan)弧。但是到(dao)了傍晚，陽(yang)光平行(xing)于地面(mian)時，我(wo)們眼(yan)(yan)(yan)中的(de)(de)彩(cai)虹(hong)，就幾(ji)乎(hu)是正半圓(yuan)。

由于地(di)球(qiu)表面(mian)(mian)(mian)是一個(ge)曲面(mian)(mian)(mian)并且被厚(hou)厚(hou)的大氣所覆蓋，雨(yu)后空氣中的水含(han)量比平時高(gao)，當陽(yang)光照(zhao)射入空氣中的小水滴時就形成了(le)折(zhe)(zhe)射。同時由于地(di)球(qiu)表面(mian)(mian)(mian)的大氣層為一弧面(mian)(mian)(mian)從而導致了(le)陽(yang)光在表面(mian)(mian)(mian)折(zhe)(zhe)射形成了(le)我(wo)們所見到的弧形彩虹。

科學證明(ming)，所(suo)有的(de)彩虹都是全圓形(xing)(xing)的(de)，只是我們平時(shi)無法(fa)從地面(mian)上看(kan)(kan)到(dao)。想要看(kan)(kan)到(dao)全圓形(xing)(xing)彩虹是非常難得(de)的(de)，必須具備(bei)“天時(shi)地利(li)”的(de)條件，所(suo)以通常只有飛行員(yuan)才能見到(dao)這種自(zi)然奇觀(guan)。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩(cai)虹(hong)，是極為少見的(de)景象(xiang)，只有太陽(yang)處(chu)于天頂，太陽(yang)光穿(chuan)射過高海拔處(chu)的(de)卷(juan)云(yun)，并且卷(juan)云(yun)富含冰(bing)晶時，火焰彩(cai)虹(hong)才有可能產生。火焰彩(cai)虹(hong)也叫(jiao)彩(cai)虹(hong)云(yun)。

冰彩虹

氣象(xiang)官員又將(jiang)冰(bing)彩虹稱作"22度(du)(du)虹"，因為這種環形結構是在(zai)太(tai)陽周圍22度(du)(du)范圍內形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)。這種視覺現(xian)象(xiang)是由大(da)氣里(li)的(de)(de)(de)(de)盤狀冰(bing)晶反射陽光(guang)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)冰(bing)彩虹，這些冰(bing)晶所在(zai)的(de)(de)(de)(de)云(yun)團一(yi)般很(hen)薄，而(er)且是一(yi)簇(cu)(cu)簇(cu)(cu)聚集在(zai)一(yi)起(qi)，常被(bei)稱作卷云(yun)。只有當太(tai)陽升得很(hen)高(gao)(大(da)約(yue)位于地(di)平線上(shang)方58度(du)(du)范圍內)，而(er)且它發出的(de)(de)(de)(de)光(guang)正(zheng)好從高(gao)空卷云(yun)里(li)穿過時，才能(neng)看到這種罕見(jian)現(xian)象(xiang)。太(tai)陽的(de)(de)(de)(de)高(gao)度(du)(du)決定了(le)這種光(guang)暈的(de)(de)(de)(de)清(qing)晰度(du)(du)。而(er)且卷云(yun)里(li)的(de)(de)(de)(de)冰(bing)晶必須呈六邊(bian)形，而(er)且薄薄的(de)(de)(de)(de)冰(bing)片必須與地(di)面平行。

月亮彩虹

我們(men)都知道，彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)(hong)是經(jing)常在(zai)雨后出現的(de)，而(er)且經(jing)常會(hui)(hui)出現。但是，這(zhe)種月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)(hong)并不經(jing)常被人們(men)看到。因為月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)(hong)形成的(de)條件比較少見，它(ta)一(yi)般都是在(zai)滿月(yue)(yue)或者是馬(ma)上就滿月(yue)(yue)的(de)夜晚(wan)，而(er)且還需要在(zai)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)低垂的(de)時候才會(hui)(hui)發(fa)生這(zhe)種現象。這(zhe)種月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)(hong)看起來特(te)別的(de)獨(du)特(te)，非常漂亮(liang)(liang)。最經(jing)常看到月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)(hong)的(de)地方就是在(zai)美國的(de)坎伯(bo)蘭大(da)瀑布那里，還可(ke)以(yi)看到很漂亮(liang)(liang)的(de)月(yue)(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)(hong)。