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彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)是由將太(tai)陽(yang)光分(fen)解成不(bu)同波(bo)長或(huo)顏色的(de)(de)(de)(de)水滴形成的(de)(de)(de)(de)。而我們(men)平時看見的(de)(de)(de)(de)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)只(zhi)是半弧形的(de)(de)(de)(de)，這是因(yin)為地平線擋(dang)住了它的(de)(de)(de)(de)下半部分(fen)。而太(tai)陽(yang)的(de)(de)(de)(de)高度可以決(jue)定彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)弧度的(de)(de)(de)(de)多少，太(tai)陽(yang)在天(tian)空中(zhong)越(yue)低，彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)的(de)(de)(de)(de)底(di)部就(jiu)越(yue)高。因(yin)此站得越(yue)高，看到的(de)(de)(de)(de)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)弧度就(jiu)越(yue)完整。

形成原因

由于地球表(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并(bing)且(qie)被厚厚的(de)大氣(qi)(qi)所覆(fu)蓋(gai)，雨(yu)后空氣(qi)(qi)中的(de)水含量比平(ping)時高(gao)，當陽(yang)光照射入空氣(qi)(qi)中的(de)小水滴(di)時就(jiu)形成了(le)折(zhe)射。同時由于地球表(biao)面(mian)的(de)大氣(qi)(qi)層為一弧面(mian)從(cong)而導致了(le)陽(yang)光在(zai)表(biao)面(mian)折(zhe)射形成了(le)我們(men)所見到的(de)弧形彩虹(hong)。

目擊現場

來自西(xi)澳大利亞州佩(pei)斯的攝影師(shi)科林-萊(lai)昂哈特在(zai)旅(lv)行經過科茨(ci)洛灘時，拍到了一個全圓形(xing)彩虹。

科(ke)林(lin)說：“我(wo)們(men)當時(shi)在(zai)結束一(yi)次航拍的返程途中，直(zhi)升機(ji)經過一(yi)片陣(zhen)雨區(qu)。當我(wo)們(men)穿過雨區(qu)邊緣的時(shi)候，太陽正在(zai)落山，位置很低，陽光正好打(da)造出這一(yi)奇特(te)的彩虹。它就在(zai)我(wo)們(men)的正前方形成了(le)。”

于是科林拿出(chu)相機，抓(zhua)拍下(xia)了全圓形(xing)(xing)彩虹的形(xing)(xing)成過(guo)程。

據(ju)美國國家航(hang)空航(hang)天局介紹，全圓形彩虹(hong)現象和觀測者位(wei)置有很大關系，主要(yao)是(shi)由雨滴對(dui)陽(yang)光的內反(fan)射形成的。

形成條件

空中漂浮的小水滴(di)(di)就(jiu)像(xiang)一個個球(qiu)形透鏡(jing)，陽光射(she)入(ru)水滴(di)(di)后(hou)，經過(guo)折(zhe)射(she)、反射(she)再(zai)折(zhe)射(she)出來(lai)，進(jin)入(ru)我們的眼睛。本來(lai)的白光進(jin)入(ru)水滴(di)(di)后(hou)，會像(xiang)牛頓的三棱(leng)鏡(jing)實驗(yan)一樣，由于折(zhe)射(she)而(er)分成不同的色(se)(se)光，所(suo)以彩(cai)虹才有(you)不同的顏色(se)(se)。

空氣中(zhong)布滿(man)水滴，為什么我們只(zhi)看到(dao)一道彩虹，而不是到(dao)處都有彩虹呢(ni)?這(zhe)是因為光線(xian)入(ru)射水珠的位(wei)置(zhi)，只(zhi)有一個角(jiao)度(du)會讓折(zhe)射出的光線(xian)強度(du)最(zui)大(見圖(tu)A)。這(zhe)就是解讀彩虹現象的最(zui)基本原理：入(ru)射光和眼(yan)睛見到(dao)色光的視線(xian)間有一個固(gu)定(ding)的夾角(jiao)。

因此，并不是只(zhi)有空中某些特別的(de)水珠會產生彩虹(hong)，而是只(zhi)有在特定角(jiao)度(du)的(de)水珠所折(zhe)(zhe)射出來的(de)色(se)光(guang)才能進入我(wo)們(men)的(de)眼睛。這個角(jiao)度(du)和不同色(se)光(guang)的(de)折(zhe)(zhe)射率(lv)(lv)有關(guan)，例(li)如紅(hong)光(guang)的(de)折(zhe)(zhe)射率(lv)(lv)較小(xiao)，夾角(jiao)較大(約42°13')；反之，紫光(guang)折(zhe)(zhe)射率(lv)(lv)小(xiao)，夾角(jiao)就較小(xiao)(約40°30')。這就造成(cheng)紅(hong)色(se)在上、紫色(se)在下的(de)彩虹(hong)。

因(yin)為(wei)陽光是平行入射，由上述原(yuan)理(li)和“并行線(xian)同位角相等”定理(li)，進入眼(yan)中的色(se)光會因(yin)為(wei)空氣中的水珠層厚度的增加而加強，這就是為(wei)什么大(da)雨后的彩虹較清楚、小雨后的較淡薄(bo)的原(yuan)因(yin)。

由于固定(ding)夾角的(de)(de)限(xian)制，當(dang)太陽在我們頭上時(shi)，折射(she)的(de)(de)光線不(bu)能進入眼睛，所以看不(bu)到彩(cai)虹。必(bi)須到下(xia)午4點以后，彩(cai)虹才會在山(shan)巒或城市的(de)(de)天際(ji)出現，而且隨著時(shi)間越接近(jin)傍晚(wan)，彩(cai)虹的(de)(de)位置會越高，這也(ye)是前述(shu)基(ji)本原理的(de)(de)應用。

根據同樣的(de)(de)原理，考慮以通(tong)過眼(yan)睛(jing)平(ping)(ping)行(xing)(xing)于(yu)入(ru)射(she)陽光(guang)的(de)(de)直線(xian)為軸，旋轉(zhuan)在你(ni)眼(yan)中造成彩虹的(de)(de)入(ru)射(she)光(guang)線(xian)，這時，進(jin)入(ru)眼(yan)睛(jing)的(de)(de)折射(she)色光(guang)，會轉(zhuan)出一個圓(yuan)錐面(mian)(mian)。如(ru)果入(ru)射(she)光(guang)與地面(mian)(mian)不平(ping)(ping)行(xing)(xing)(例如(ru)下午4點時)，這個圓(yuan)錐面(mian)(mian)投射(she)到(dao)我們眼(yan)里，看(kan)起來只是(shi)一段短圓(yuan)弧。但是(shi)到(dao)了傍晚，陽光(guang)平(ping)(ping)行(xing)(xing)于(yu)地面(mian)(mian)時，我們眼(yan)中的(de)(de)彩虹，就幾乎是(shi)正半圓(yuan)。

由(you)于地球(qiu)(qiu)表(biao)面是(shi)一(yi)個曲面并且(qie)被厚厚的(de)大氣所覆蓋，雨(yu)后(hou)空氣中的(de)水含量(liang)比(bi)平(ping)時高，當陽(yang)光照射(she)入(ru)空氣中的(de)小水滴時就(jiu)形成了(le)折(zhe)射(she)。同時由(you)于地球(qiu)(qiu)表(biao)面的(de)大氣層為一(yi)弧(hu)面從而導致(zhi)了(le)陽(yang)光在表(biao)面折(zhe)射(she)形成了(le)我(wo)們所見到的(de)弧(hu)形彩虹(hong)。

科學證明，所有(you)(you)的彩虹(hong)都是(shi)全(quan)(quan)圓形(xing)的，只(zhi)是(shi)我們平時(shi)無(wu)法從地面上看(kan)到。想要看(kan)到全(quan)(quan)圓形(xing)彩虹(hong)是(shi)非常(chang)難(nan)得(de)的，必(bi)須具(ju)備“天時(shi)地利”的條(tiao)件(jian)，所以(yi)通常(chang)只(zhi)有(you)(you)飛行員才(cai)能見到這(zhe)種自然奇觀(guan)。

相似現象

火焰彩虹

火(huo)焰彩(cai)虹(hong)，是極(ji)為少見的景象，只(zhi)有太(tai)陽(yang)處于天頂，太(tai)陽(yang)光穿射過高(gao)海(hai)拔處的卷(juan)云，并且卷(juan)云富(fu)含冰晶(jing)時，火(huo)焰彩(cai)虹(hong)才有可能產生(sheng)。火(huo)焰彩(cai)虹(hong)也叫彩(cai)虹(hong)云。

冰彩虹

氣象官(guan)員又將冰彩虹稱(cheng)作"22度(du)虹"，因為這(zhe)種環形(xing)結構是在(zai)太陽周圍22度(du)范圍內形(xing)成的(de)。這(zhe)種視覺現象是由大氣里(li)的(de)盤狀冰晶(jing)反射陽光(guang)形(xing)成的(de)冰彩虹，這(zhe)些冰晶(jing)所在(zai)的(de)云團一般很薄，而且是一簇簇聚(ju)集(ji)在(zai)一起，常被稱(cheng)作卷(juan)云。只有當太陽升(sheng)得很高(大約位于地(di)(di)平(ping)線上方58度(du)范圍內)，而且它發出的(de)光(guang)正好從高空卷(juan)云里(li)穿過時，才(cai)能(neng)看到這(zhe)種罕見現象。太陽的(de)高度(du)決定了這(zhe)種光(guang)暈的(de)清晰度(du)。而且卷(juan)云里(li)的(de)冰晶(jing)必(bi)須(xu)呈六(liu)邊形(xing)，而且薄薄的(de)冰片必(bi)須(xu)與地(di)(di)面平(ping)行。

月亮彩虹

我們都知道，彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)是經常(chang)(chang)(chang)在雨(yu)后出(chu)現的，而且(qie)經常(chang)(chang)(chang)會(hui)出(chu)現。但是，這(zhe)種(zhong)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)并不經常(chang)(chang)(chang)被(bei)人們看到。因為(wei)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)形(xing)成(cheng)的條件比較少見，它一般都是在滿月(yue)或者(zhe)是馬上就(jiu)滿月(yue)的夜晚，而且(qie)還(huan)(huan)需要在月(yue)亮(liang)(liang)低垂的時候才(cai)會(hui)發生這(zhe)種(zhong)現象。這(zhe)種(zhong)月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)看起來特(te)別(bie)的獨特(te)，非常(chang)(chang)(chang)漂亮(liang)(liang)。最經常(chang)(chang)(chang)看到月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)的地方就(jiu)是在美(mei)國的坎(kan)伯蘭大瀑布那里，還(huan)(huan)可以(yi)看到很漂亮(liang)(liang)的月(yue)亮(liang)(liang)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)。