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彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)是由將太(tai)陽(yang)光分解成(cheng)不同波(bo)長或顏色的水滴(di)形(xing)成(cheng)的。而我(wo)們平時看見的彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)只(zhi)是半弧形(xing)的，這是因(yin)為(wei)地平線擋住了它的下半部(bu)分。而太(tai)陽(yang)的高(gao)(gao)度(du)可(ke)以決定彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)弧度(du)的多(duo)少，太(tai)陽(yang)在天空(kong)中越(yue)(yue)低，彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)的底部(bu)就(jiu)越(yue)(yue)高(gao)(gao)。因(yin)此站得越(yue)(yue)高(gao)(gao)，看到的彩(cai)(cai)虹(hong)(hong)弧度(du)就(jiu)越(yue)(yue)完整。

形成原因

由于(yu)地(di)球表面(mian)是(shi)一個曲(qu)面(mian)并且被厚厚的(de)(de)(de)大氣(qi)所覆蓋，雨后空氣(qi)中的(de)(de)(de)水含量比平(ping)時(shi)高，當陽光照射(she)(she)入空氣(qi)中的(de)(de)(de)小水滴時(shi)就形(xing)(xing)成(cheng)了(le)折(zhe)射(she)(she)。同(tong)時(shi)由于(yu)地(di)球表面(mian)的(de)(de)(de)大氣(qi)層為一弧面(mian)從而導致了(le)陽光在表面(mian)折(zhe)射(she)(she)形(xing)(xing)成(cheng)了(le)我們(men)所見到的(de)(de)(de)弧形(xing)(xing)彩虹。

目擊現場

來自西(xi)澳大利亞州佩斯的攝影(ying)師科(ke)林-萊昂哈特在旅(lv)行經(jing)過科(ke)茨洛(luo)灘時，拍到(dao)了一個全(quan)圓形彩虹。

科林說：“我(wo)們(men)當(dang)時(shi)(shi)在結(jie)束一(yi)次航拍的(de)返程途中(zhong)，直升機經過(guo)一(yi)片陣雨區(qu)。當(dang)我(wo)們(men)穿過(guo)雨區(qu)邊緣的(de)時(shi)(shi)候，太陽正(zheng)在落山，位置很(hen)低，陽光正(zheng)好打造(zao)出這一(yi)奇特的(de)彩(cai)虹。它(ta)就在我(wo)們(men)的(de)正(zheng)前方(fang)形成了。”

于(yu)是科林(lin)拿(na)出相機，抓拍下了(le)全(quan)圓形彩虹的(de)形成過程。

據美國國家航(hang)空航(hang)天局介紹(shao)，全圓形彩(cai)虹現象和觀測者位置(zhi)有很大關系，主要是由雨滴(di)對陽光的(de)內反(fan)射形成的(de)。

形成條件

空(kong)中漂浮的(de)小水(shui)滴(di)就像一個(ge)個(ge)球形透鏡(jing)(jing)，陽光(guang)(guang)射(she)入水(shui)滴(di)后(hou)，經過折(zhe)(zhe)射(she)、反射(she)再折(zhe)(zhe)射(she)出(chu)來，進入我(wo)們的(de)眼睛。本來的(de)白光(guang)(guang)進入水(shui)滴(di)后(hou)，會像牛頓的(de)三(san)棱鏡(jing)(jing)實驗(yan)一樣，由(you)于(yu)折(zhe)(zhe)射(she)而分成(cheng)不(bu)同的(de)色光(guang)(guang)，所以彩虹(hong)才有不(bu)同的(de)顏色。

空氣中(zhong)布滿水(shui)滴，為(wei)什么(me)我們只看到一道彩虹，而不是到處都有彩虹呢?這(zhe)是因為(wei)光線(xian)入(ru)射(she)(she)水(shui)珠的(de)(de)(de)位置(zhi)，只有一個(ge)角(jiao)度(du)會讓折射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光線(xian)強度(du)最(zui)大(見圖A)。這(zhe)就是解(jie)讀彩虹現象的(de)(de)(de)最(zui)基(ji)本(ben)原理：入(ru)射(she)(she)光和眼睛見到色光的(de)(de)(de)視線(xian)間有一個(ge)固定(ding)的(de)(de)(de)夾角(jiao)。

因此，并不(bu)是(shi)只(zhi)有(you)空中某些特別的(de)水(shui)珠(zhu)會產生彩虹，而是(shi)只(zhi)有(you)在特定角度的(de)水(shui)珠(zhu)所折(zhe)射出來的(de)色(se)光才能進入我們的(de)眼睛。這(zhe)個角度和不(bu)同色(se)光的(de)折(zhe)射率有(you)關，例(li)如紅光的(de)折(zhe)射率較小，夾(jia)角較大(約(yue)(yue)42°13')；反之，紫光折(zhe)射率小，夾(jia)角就較小(約(yue)(yue)40°30')。這(zhe)就造成紅色(se)在上、紫色(se)在下的(de)彩虹。

因為(wei)(wei)(wei)陽光(guang)是平行入射，由上述原理和“并行線同位角(jiao)相等(deng)”定理，進入眼(yan)中的(de)色光(guang)會因為(wei)(wei)(wei)空氣中的(de)水珠(zhu)層(ceng)厚度(du)的(de)增加(jia)而加(jia)強，這(zhe)就是為(wei)(wei)(wei)什么大雨后的(de)彩(cai)虹較(jiao)清楚、小雨后的(de)較(jiao)淡薄的(de)原因。

由于(yu)固定夾角的(de)限制，當太陽在我們頭上時，折射的(de)光線不(bu)能進入眼睛(jing)，所以(yi)看不(bu)到(dao)彩虹(hong)。必須(xu)到(dao)下(xia)午4點以(yi)后，彩虹(hong)才(cai)會在山巒或城市的(de)天(tian)際出現，而且(qie)隨(sui)著時間越(yue)接(jie)近(jin)傍晚，彩虹(hong)的(de)位置會越(yue)高，這也是前述基本原理(li)的(de)應(ying)用。

根據同(tong)樣的(de)原理(li)，考(kao)慮以通(tong)過(guo)眼睛平(ping)行于入(ru)(ru)(ru)射陽光的(de)直線為軸，旋轉(zhuan)在你(ni)眼中(zhong)造成彩(cai)虹的(de)入(ru)(ru)(ru)射光線，這(zhe)時(shi)，進入(ru)(ru)(ru)眼睛的(de)折(zhe)射色光，會轉(zhuan)出一(yi)個圓(yuan)錐面。如果(guo)入(ru)(ru)(ru)射光與地(di)面不平(ping)行(例如下(xia)午(wu)4點時(shi))，這(zhe)個圓(yuan)錐面投(tou)射到我們眼里，看起來只是一(yi)段短圓(yuan)弧。但是到了(le)傍晚(wan)，陽光平(ping)行于地(di)面時(shi)，我們眼中(zhong)的(de)彩(cai)虹，就幾乎(hu)是正半圓(yuan)。

由(you)于地(di)球(qiu)表面(mian)是一個曲面(mian)并且被(bei)厚(hou)厚(hou)的大氣(qi)(qi)所覆蓋(gai)，雨后空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的水含量比平時高，當陽(yang)光照射(she)入空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的小(xiao)水滴時就形(xing)成了折射(she)。同時由(you)于地(di)球(qiu)表面(mian)的大氣(qi)(qi)層為(wei)一弧面(mian)從而導致了陽(yang)光在表面(mian)折射(she)形(xing)成了我(wo)們所見(jian)到的弧形(xing)彩虹。

科學證明，所(suo)有的(de)彩(cai)虹都是(shi)全圓(yuan)形(xing)的(de)，只是(shi)我們(men)平時無法從地面(mian)上(shang)看到(dao)。想要看到(dao)全圓(yuan)形(xing)彩(cai)虹是(shi)非常難得的(de)，必須(xu)具備“天時地利”的(de)條件，所(suo)以通(tong)常只有飛行(xing)員才(cai)能見(jian)到(dao)這種自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火(huo)焰(yan)彩(cai)虹(hong)，是極為少見的(de)景象，只有太(tai)陽(yang)處于(yu)天(tian)頂，太(tai)陽(yang)光穿(chuan)射過高(gao)海拔(ba)處的(de)卷(juan)云，并且卷(juan)云富含冰晶時(shi)，火(huo)焰(yan)彩(cai)虹(hong)才有可能產生。火(huo)焰(yan)彩(cai)虹(hong)也叫(jiao)彩(cai)虹(hong)云。

冰彩虹

氣象官員又將(jiang)冰(bing)彩虹稱(cheng)(cheng)作"22度(du)虹"，因(yin)為這種環形(xing)結(jie)構是(shi)在(zai)(zai)(zai)太陽周圍(wei)22度(du)范圍(wei)內形(xing)成(cheng)的(de)(de)。這種視覺現(xian)象是(shi)由大(da)氣里(li)(li)的(de)(de)盤狀(zhuang)冰(bing)晶(jing)(jing)反(fan)射陽光形(xing)成(cheng)的(de)(de)冰(bing)彩虹，這些冰(bing)晶(jing)(jing)所在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)云(yun)(yun)團一(yi)般很薄，而(er)(er)且(qie)是(shi)一(yi)簇簇聚集在(zai)(zai)(zai)一(yi)起，常(chang)被稱(cheng)(cheng)作卷(juan)云(yun)(yun)。只有當太陽升得很高(gao)(gao)(大(da)約位(wei)于地平(ping)線上方(fang)58度(du)范圍(wei)內)，而(er)(er)且(qie)它發出(chu)的(de)(de)光正(zheng)好(hao)從高(gao)(gao)空(kong)卷(juan)云(yun)(yun)里(li)(li)穿過時，才能看到這種罕見現(xian)象。太陽的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)決定了(le)這種光暈的(de)(de)清(qing)晰(xi)度(du)。而(er)(er)且(qie)卷(juan)云(yun)(yun)里(li)(li)的(de)(de)冰(bing)晶(jing)(jing)必須呈(cheng)六邊(bian)形(xing)，而(er)(er)且(qie)薄薄的(de)(de)冰(bing)片必須與(yu)地面(mian)平(ping)行(xing)。

月亮彩虹

我們(men)都知道，彩(cai)虹(hong)是經(jing)常在(zai)雨后出現(xian)(xian)(xian)的(de)，而(er)(er)且經(jing)常會(hui)出現(xian)(xian)(xian)。但是，這(zhe)種(zhong)(zhong)月亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)并(bing)不經(jing)常被人們(men)看(kan)到(dao)。因為月亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)形成(cheng)的(de)條(tiao)件比(bi)較(jiao)少見(jian)，它一般都是在(zai)滿月或(huo)者(zhe)是馬上(shang)就滿月的(de)夜晚(wan)，而(er)(er)且還需要在(zai)月亮(liang)(liang)(liang)低垂的(de)時候(hou)才會(hui)發(fa)生這(zhe)種(zhong)(zhong)現(xian)(xian)(xian)象。這(zhe)種(zhong)(zhong)月亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)看(kan)起來特別的(de)獨特，非常漂(piao)亮(liang)(liang)(liang)。最經(jing)常看(kan)到(dao)月亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)的(de)地(di)方就是在(zai)美國的(de)坎伯蘭大瀑布那里，還可以看(kan)到(dao)很漂(piao)亮(liang)(liang)(liang)的(de)月亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)虹(hong)。