彩(cai)虹(hong)是(shi)由將(jiang)太(tai)(tai)陽光分解成不同波(bo)長(chang)或顏色(se)的(de)(de)水滴形成的(de)(de)。而我們平時看(kan)(kan)見的(de)(de)彩(cai)虹(hong)只是(shi)半(ban)弧(hu)(hu)形的(de)(de),這是(shi)因(yin)為地平線擋住了它(ta)的(de)(de)下半(ban)部(bu)分。而太(tai)(tai)陽的(de)(de)高(gao)度(du)(du)可以決(jue)定彩(cai)虹(hong)弧(hu)(hu)度(du)(du)的(de)(de)多(duo)少(shao),太(tai)(tai)陽在天空中越低,彩(cai)虹(hong)的(de)(de)底部(bu)就越高(gao)。因(yin)此站(zhan)得越高(gao),看(kan)(kan)到的(de)(de)彩(cai)虹(hong)弧(hu)(hu)度(du)(du)就越完整。
由于(yu)地球表(biao)(biao)面(mian)是一個曲面(mian)并且被(bei)厚(hou)厚(hou)的(de)大氣(qi)所覆蓋,雨后空氣(qi)中的(de)水含量比平時高,當陽光(guang)照(zhao)射(she)(she)入空氣(qi)中的(de)小水滴時就(jiu)形成了折射(she)(she)。同時由于(yu)地球表(biao)(biao)面(mian)的(de)大氣(qi)層(ceng)為一弧面(mian)從而導致了陽光(guang)在表(biao)(biao)面(mian)折射(she)(she)形成了我們所見到的(de)弧形彩虹。
來(lai)自西澳(ao)大利亞州佩斯的攝影師科林-萊(lai)昂哈特在旅行(xing)經過科茨(ci)洛(luo)灘時,拍(pai)到了一個全圓(yuan)形彩虹。
科林說:“我(wo)(wo)們當時在(zai)結(jie)束(shu)一次(ci)航拍(pai)的(de)返程途中,直升機經過一片陣雨區。當我(wo)(wo)們穿過雨區邊緣(yuan)的(de)時候,太陽(yang)正在(zai)落山,位(wei)置很低,陽(yang)光正好打造出這一奇特(te)的(de)彩虹(hong)。它(ta)就在(zai)我(wo)(wo)們的(de)正前(qian)方形成了(le)。”
于是科林拿出相機,抓拍下了(le)全圓形彩虹的(de)形成過程。
據美國國家(jia)航(hang)空航(hang)天局介(jie)紹,全圓形彩虹現象和觀測者位(wei)置有很大關系,主要是由雨滴對陽光的內反射形成(cheng)的。
空中漂浮(fu)的小(xiao)水滴就像一個個球形透鏡,陽(yang)光(guang)射(she)(she)入水滴后,經過折射(she)(she)、反射(she)(she)再折射(she)(she)出來,進(jin)入我(wo)們的眼睛。本來的白(bai)光(guang)進(jin)入水滴后,會像牛頓的三棱鏡實驗(yan)一樣,由于折射(she)(she)而分成不同的色(se)光(guang),所以彩虹才有不同的顏(yan)色(se)。
空氣中布滿(man)水滴,為什么我們只看到一道彩(cai)虹,而不是到處都有(you)彩(cai)虹呢?這是因為光線入(ru)射(she)水珠(zhu)的(de)位(wei)置(zhi),只有(you)一個角度會讓(rang)折射(she)出的(de)光線強度最大(見圖A)。這就是解讀彩(cai)虹現象(xiang)的(de)最基本原理:入(ru)射(she)光和(he)眼(yan)睛見到色(se)光的(de)視(shi)線間有(you)一個固定(ding)的(de)夾角。
因此,并不(bu)是只(zhi)有(you)空中某(mou)些特(te)別(bie)的(de)水(shui)珠(zhu)會產生彩虹(hong),而是只(zhi)有(you)在(zai)特(te)定(ding)角(jiao)度的(de)水(shui)珠(zhu)所(suo)折射(she)(she)出來的(de)色光才能進入我們的(de)眼睛。這個角(jiao)度和不(bu)同色光的(de)折射(she)(she)率(lv)(lv)有(you)關,例如(ru)紅(hong)光的(de)折射(she)(she)率(lv)(lv)較小(xiao),夾角(jiao)較大(da)(約42°13');反之,紫光折射(she)(she)率(lv)(lv)小(xiao),夾角(jiao)就較小(xiao)(約40°30')。這就造成紅(hong)色在(zai)上、紫色在(zai)下的(de)彩虹(hong)。
因為陽光是(shi)平行入(ru)射,由(you)上述(shu)原(yuan)理和(he)“并(bing)行線同位角相等”定(ding)理,進(jin)入(ru)眼中(zhong)的色(se)光會因為空(kong)氣中(zhong)的水珠(zhu)層厚度的增加(jia)而加(jia)強,這(zhe)就是(shi)為什(shen)么大雨后的彩虹(hong)較清(qing)楚(chu)、小(xiao)雨后的較淡薄的原(yuan)因。
由于(yu)固定(ding)夾角的(de)(de)限制,當太陽在我(wo)們頭上(shang)時,折射的(de)(de)光線不能進入眼(yan)睛,所以看(kan)不到彩(cai)虹。必(bi)須到下午4點以后,彩(cai)虹才會在山巒或城(cheng)市的(de)(de)天(tian)際出現,而且隨著時間越接近(jin)傍晚,彩(cai)虹的(de)(de)位置會越高,這也(ye)是前述基本(ben)原(yuan)理的(de)(de)應(ying)用。
根據同樣的(de)原理,考慮以通過眼睛平(ping)行于入射(she)(she)陽(yang)光(guang)(guang)的(de)直線(xian)為(wei)軸(zhou),旋轉(zhuan)在你眼中造成彩虹的(de)入射(she)(she)光(guang)(guang)線(xian),這時(shi),進入眼睛的(de)折射(she)(she)色光(guang)(guang),會轉(zhuan)出(chu)一個(ge)圓(yuan)錐面。如(ru)果入射(she)(she)光(guang)(guang)與地面不平(ping)行(例(li)如(ru)下午(wu)4點時(shi)),這個(ge)圓(yuan)錐面投射(she)(she)到(dao)我(wo)(wo)們(men)(men)眼里,看起來只(zhi)是一段短圓(yuan)弧。但是到(dao)了傍晚,陽(yang)光(guang)(guang)平(ping)行于地面時(shi),我(wo)(wo)們(men)(men)眼中的(de)彩虹,就幾乎是正(zheng)半圓(yuan)。
由于(yu)地球表(biao)面是一(yi)個曲面并且被厚(hou)(hou)厚(hou)(hou)的(de)大(da)氣(qi)(qi)(qi)所覆蓋,雨后(hou)空氣(qi)(qi)(qi)中的(de)水含量比平(ping)時(shi)高,當陽光照(zhao)射入空氣(qi)(qi)(qi)中的(de)小(xiao)水滴時(shi)就形(xing)成了折射。同時(shi)由于(yu)地球表(biao)面的(de)大(da)氣(qi)(qi)(qi)層為一(yi)弧面從而導致了陽光在表(biao)面折射形(xing)成了我(wo)們所見到的(de)弧形(xing)彩虹(hong)。
科學證明,所有的彩(cai)(cai)虹都是(shi)全(quan)(quan)圓形的,只是(shi)我們平時無(wu)法從地(di)(di)面上看到(dao)。想(xiang)要看到(dao)全(quan)(quan)圓形彩(cai)(cai)虹是(shi)非(fei)常難得的,必須具備“天(tian)時地(di)(di)利”的條件,所以(yi)通常只有飛行(xing)員才能見到(dao)這種自然奇觀。
火(huo)(huo)焰彩(cai)(cai)虹(hong),是(shi)極(ji)為少見的景象,只有(you)太陽(yang)處(chu)(chu)于天(tian)頂,太陽(yang)光(guang)穿射過高(gao)海(hai)拔處(chu)(chu)的卷(juan)云(yun),并(bing)且卷(juan)云(yun)富含冰(bing)晶時,火(huo)(huo)焰彩(cai)(cai)虹(hong)才有(you)可(ke)能產生(sheng)。火(huo)(huo)焰彩(cai)(cai)虹(hong)也叫彩(cai)(cai)虹(hong)云(yun)。
氣(qi)象(xiang)官員又將冰(bing)(bing)彩(cai)虹(hong)(hong)稱作(zuo)"22度(du)虹(hong)(hong)",因(yin)為這(zhe)種(zhong)環形(xing)(xing)結(jie)構(gou)是(shi)(shi)在(zai)太(tai)陽周圍(wei)22度(du)范圍(wei)內(nei)形(xing)(xing)成的(de)(de)。這(zhe)種(zhong)視(shi)覺(jue)現(xian)(xian)象(xiang)是(shi)(shi)由(you)大(da)氣(qi)里(li)(li)的(de)(de)盤狀冰(bing)(bing)晶反射(she)陽光(guang)形(xing)(xing)成的(de)(de)冰(bing)(bing)彩(cai)虹(hong)(hong),這(zhe)些冰(bing)(bing)晶所在(zai)的(de)(de)云(yun)團一般很薄(bo),而(er)且(qie)是(shi)(shi)一簇簇聚(ju)集在(zai)一起,常被稱作(zuo)卷(juan)云(yun)。只有當太(tai)陽升得很高(大(da)約(yue)位于地(di)平線上方58度(du)范圍(wei)內(nei)),而(er)且(qie)它(ta)發(fa)出的(de)(de)光(guang)正(zheng)好從高空卷(juan)云(yun)里(li)(li)穿過時,才能看到這(zhe)種(zhong)罕(han)見現(xian)(xian)象(xiang)。太(tai)陽的(de)(de)高度(du)決定了這(zhe)種(zhong)光(guang)暈的(de)(de)清(qing)晰度(du)。而(er)且(qie)卷(juan)云(yun)里(li)(li)的(de)(de)冰(bing)(bing)晶必須呈六(liu)邊形(xing)(xing),而(er)且(qie)薄(bo)薄(bo)的(de)(de)冰(bing)(bing)片必須與地(di)面平行(xing)。
我們都(dou)知道,彩(cai)虹(hong)(hong)是經(jing)常(chang)(chang)在雨后出現(xian)的(de),而(er)且經(jing)常(chang)(chang)會出現(xian)。但(dan)是,這(zhe)種月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)并不(bu)經(jing)常(chang)(chang)被人們看(kan)(kan)到(dao)。因(yin)為月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)形成的(de)條件比(bi)較少見,它一般都(dou)是在滿月(yue)(yue)或(huo)者是馬(ma)上(shang)就(jiu)滿月(yue)(yue)的(de)夜晚,而(er)且還需要在月(yue)(yue)亮(liang)低垂的(de)時候才會發生這(zhe)種現(xian)象(xiang)。這(zhe)種月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)看(kan)(kan)起來特別(bie)的(de)獨特,非常(chang)(chang)漂(piao)亮(liang)。最經(jing)常(chang)(chang)看(kan)(kan)到(dao)月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)的(de)地方就(jiu)是在美國的(de)坎伯蘭大瀑(pu)布那里,還可以看(kan)(kan)到(dao)很漂(piao)亮(liang)的(de)月(yue)(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)。