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彩虹(hong)是由將太陽光(guang)分(fen)解成(cheng)不同波長或顏色的(de)(de)(de)水滴形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)。而(er)我們平時看見(jian)的(de)(de)(de)彩虹(hong)只是半弧形(xing)的(de)(de)(de)，這是因為地平線(xian)擋(dang)住了它的(de)(de)(de)下半部分(fen)。而(er)太陽的(de)(de)(de)高(gao)度可(ke)以決定彩虹(hong)弧度的(de)(de)(de)多(duo)少，太陽在天空中越(yue)(yue)(yue)低，彩虹(hong)的(de)(de)(de)底部就(jiu)越(yue)(yue)(yue)高(gao)。因此站得(de)越(yue)(yue)(yue)高(gao)，看到(dao)的(de)(de)(de)彩虹(hong)弧度就(jiu)越(yue)(yue)(yue)完(wan)整。

形成原因

由于(yu)地(di)球表(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并且(qie)被厚厚的大氣(qi)所覆(fu)蓋，雨(yu)后空氣(qi)中的水(shui)含(han)量比(bi)平時高(gao)，當陽(yang)光(guang)照射(she)入(ru)空氣(qi)中的小(xiao)水(shui)滴時就形(xing)成了折射(she)。同時由于(yu)地(di)球表(biao)面(mian)的大氣(qi)層為一弧(hu)面(mian)從(cong)而(er)導致了陽(yang)光(guang)在表(biao)面(mian)折射(she)形(xing)成了我們所見(jian)到(dao)的弧(hu)形(xing)彩虹。

目擊現場

來自西(xi)澳(ao)大(da)利亞州佩斯的攝影師科林(lin)-萊(lai)昂哈特(te)在(zai)旅行經過科茨洛(luo)灘時(shi)，拍(pai)到了一個(ge)全圓(yuan)形(xing)彩虹。

科(ke)林說：“我們當時在結束(shu)一(yi)(yi)次航拍的(de)返程途中，直升機經過一(yi)(yi)片陣雨區。當我們穿過雨區邊緣(yuan)的(de)時候，太(tai)陽正在落山，位(wei)置很低(di)，陽光正好打造出這一(yi)(yi)奇(qi)特(te)的(de)彩虹(hong)。它(ta)就在我們的(de)正前方形成了。”

于(yu)是科林(lin)拿出相機，抓(zhua)拍下了全圓形(xing)彩虹(hong)的形(xing)成過(guo)程。

據美國國家航(hang)空航(hang)天(tian)局介紹，全圓形(xing)彩虹現象和觀測者位置有很大(da)關系，主要是由雨(yu)滴對陽光(guang)的內反(fan)射形(xing)成的。

形成條件

空中漂浮的(de)(de)(de)小水滴就像(xiang)(xiang)一(yi)個個球形透鏡(jing)，陽光射入(ru)水滴后(hou)(hou)，經過折(zhe)射、反(fan)射再折(zhe)射出來(lai)，進(jin)入(ru)我們的(de)(de)(de)眼睛。本來(lai)的(de)(de)(de)白光進(jin)入(ru)水滴后(hou)(hou)，會(hui)像(xiang)(xiang)牛頓的(de)(de)(de)三棱鏡(jing)實驗一(yi)樣(yang)，由于折(zhe)射而分成不同的(de)(de)(de)色(se)光，所以彩虹(hong)才有不同的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)。

空氣中布(bu)滿水滴，為什么我們(men)只(zhi)(zhi)看到一(yi)道(dao)彩(cai)虹，而不是(shi)到處(chu)都有彩(cai)虹呢?這是(shi)因(yin)為光(guang)(guang)線入射(she)水珠的位置，只(zhi)(zhi)有一(yi)個角度(du)會讓折射(she)出的光(guang)(guang)線強度(du)最(zui)大(見圖(tu)A)。這就是(shi)解讀彩(cai)虹現(xian)象的最(zui)基本原理：入射(she)光(guang)(guang)和(he)眼睛見到色光(guang)(guang)的視(shi)線間有一(yi)個固定的夾角。

因此，并不是(shi)只有(you)(you)空中(zhong)某(mou)些特別的(de)(de)(de)水(shui)(shui)珠(zhu)會產生彩虹(hong)，而是(shi)只有(you)(you)在(zai)特定角(jiao)(jiao)度(du)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)珠(zhu)所折射(she)出來(lai)的(de)(de)(de)色光才能進入我們(men)的(de)(de)(de)眼(yan)睛。這個角(jiao)(jiao)度(du)和不同色光的(de)(de)(de)折射(she)率(lv)有(you)(you)關(guan)，例如紅光的(de)(de)(de)折射(she)率(lv)較小(xiao)，夾(jia)角(jiao)(jiao)較大(約42°13')；反(fan)之，紫光折射(she)率(lv)小(xiao)，夾(jia)角(jiao)(jiao)就較小(xiao)(約40°30')。這就造成紅色在(zai)上、紫色在(zai)下的(de)(de)(de)彩虹(hong)。

因為陽光(guang)是平行(xing)入射，由上述原理(li)和“并(bing)行(xing)線(xian)同位(wei)角相等”定理(li)，進(jin)入眼(yan)中的(de)色光(guang)會(hui)因為空(kong)氣中的(de)水珠層(ceng)厚度的(de)增加而加強，這就是為什么大(da)雨后的(de)彩虹較清楚(chu)、小雨后的(de)較淡薄的(de)原因。

由于(yu)固定夾角的限制(zhi)，當太陽在我(wo)們頭上時，折(zhe)射的光線不能進(jin)入(ru)眼睛，所以看不到(dao)彩虹。必須到(dao)下午4點以后，彩虹才(cai)會在山巒或城市的天(tian)際出現，而(er)且隨(sui)著時間越接近傍(bang)晚，彩虹的位置會越高，這也(ye)是(shi)前述基(ji)本原(yuan)理的應用。

根據同樣的(de)(de)原理，考慮以通過眼(yan)睛(jing)平行于入(ru)射(she)陽(yang)光(guang)(guang)的(de)(de)直(zhi)線為(wei)軸，旋轉在你眼(yan)中造成彩(cai)虹(hong)的(de)(de)入(ru)射(she)光(guang)(guang)線，這時，進入(ru)眼(yan)睛(jing)的(de)(de)折射(she)色光(guang)(guang)，會轉出一個(ge)圓錐(zhui)面。如果入(ru)射(she)光(guang)(guang)與地(di)面不(bu)平行(例如下午4點時)，這個(ge)圓錐(zhui)面投(tou)射(she)到我們眼(yan)里(li)，看起來(lai)只是(shi)一段短圓弧。但是(shi)到了傍晚，陽(yang)光(guang)(guang)平行于地(di)面時，我們眼(yan)中的(de)(de)彩(cai)虹(hong)，就(jiu)幾(ji)乎是(shi)正半圓。

由(you)于地球表(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并且被厚(hou)厚(hou)的大(da)氣(qi)所覆蓋，雨(yu)后(hou)空氣(qi)中的水(shui)含(han)量比平時(shi)高，當陽光照射(she)入空氣(qi)中的小水(shui)滴(di)時(shi)就形(xing)成了折射(she)。同時(shi)由(you)于地球表(biao)面(mian)的大(da)氣(qi)層(ceng)為(wei)一弧面(mian)從而(er)導致了陽光在(zai)表(biao)面(mian)折射(she)形(xing)成了我們所見到的弧形(xing)彩虹。

科(ke)學證(zheng)明(ming)，所有(you)的彩(cai)虹(hong)(hong)都(dou)是(shi)全圓形的，只是(shi)我們平時(shi)無法從地(di)面上(shang)看(kan)到。想要看(kan)到全圓形彩(cai)虹(hong)(hong)是(shi)非常難得(de)的，必須(xu)具備“天時(shi)地(di)利”的條件，所以通常只有(you)飛行員才能見到這(zhe)種自然(ran)奇(qi)觀。

相似現象

火焰彩虹

火焰彩虹，是(shi)極為少見的景(jing)象，只有(you)太陽(yang)處于天頂，太陽(yang)光穿(chuan)射(she)過高(gao)海拔處的卷(juan)云，并且卷(juan)云富含(han)冰晶時，火焰彩虹才(cai)有(you)可(ke)能(neng)產生。火焰彩虹也叫(jiao)彩虹云。

冰彩虹

氣象官員又(you)將冰彩虹稱(cheng)作"22度(du)虹"，因(yin)為(wei)這(zhe)(zhe)種(zhong)環形結(jie)構是(shi)在(zai)太(tai)陽周圍(wei)(wei)22度(du)范圍(wei)(wei)內(nei)形成(cheng)的(de)(de)(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)視覺現象是(shi)由大氣里(li)的(de)(de)(de)盤狀冰晶(jing)反射陽光形成(cheng)的(de)(de)(de)冰彩虹，這(zhe)(zhe)些冰晶(jing)所在(zai)的(de)(de)(de)云團一般很(hen)薄，而(er)(er)且(qie)是(shi)一簇簇聚集在(zai)一起，常被稱(cheng)作卷(juan)(juan)云。只有當太(tai)陽升得很(hen)高(大約位于地平線上方58度(du)范圍(wei)(wei)內(nei))，而(er)(er)且(qie)它發出(chu)的(de)(de)(de)光正好從高空卷(juan)(juan)云里(li)穿過(guo)時，才能看到這(zhe)(zhe)種(zhong)罕見(jian)現象。太(tai)陽的(de)(de)(de)高度(du)決定了這(zhe)(zhe)種(zhong)光暈的(de)(de)(de)清(qing)晰(xi)度(du)。而(er)(er)且(qie)卷(juan)(juan)云里(li)的(de)(de)(de)冰晶(jing)必須(xu)呈(cheng)六(liu)邊(bian)形，而(er)(er)且(qie)薄薄的(de)(de)(de)冰片必須(xu)與地面(mian)平行。

月亮彩虹

我(wo)們(men)都知道，彩(cai)(cai)虹(hong)是經常(chang)在雨后出(chu)現的(de)(de)(de)，而且經常(chang)會(hui)出(chu)現。但是，這(zhe)(zhe)(zhe)種月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)并(bing)不經常(chang)被人們(men)看(kan)到(dao)。因為月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)形成的(de)(de)(de)條件比(bi)較少見，它一般都是在滿月(yue)或者是馬(ma)上(shang)就(jiu)滿月(yue)的(de)(de)(de)夜晚，而且還需(xu)要在月(yue)亮低垂的(de)(de)(de)時候才會(hui)發生這(zhe)(zhe)(zhe)種現象。這(zhe)(zhe)(zhe)種月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)看(kan)起(qi)來特別的(de)(de)(de)獨特，非常(chang)漂(piao)亮。最經常(chang)看(kan)到(dao)月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)的(de)(de)(de)地方就(jiu)是在美國的(de)(de)(de)坎伯蘭大瀑布那(nei)里，還可(ke)以看(kan)到(dao)很漂(piao)亮的(de)(de)(de)月(yue)亮彩(cai)(cai)虹(hong)。