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彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)是由將太陽光分(fen)解成不同(tong)波長或顏色的(de)水(shui)滴形(xing)成的(de)。而(er)我們平時(shi)看(kan)見的(de)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)只(zhi)是半弧(hu)形(xing)的(de)，這是因為地(di)平線擋住(zhu)了它的(de)下(xia)半部(bu)分(fen)。而(er)太陽的(de)高(gao)度可以決定(ding)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)弧(hu)度的(de)多(duo)少，太陽在天空中越(yue)低，彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)的(de)底部(bu)就越(yue)高(gao)。因此站得越(yue)高(gao)，看(kan)到的(de)彩(cai)(cai)(cai)虹(hong)(hong)弧(hu)度就越(yue)完整。

形成原因

由于(yu)地球表面(mian)(mian)是一個曲面(mian)(mian)并(bing)且(qie)被厚厚的(de)(de)大氣(qi)(qi)所(suo)覆蓋(gai)，雨(yu)后空(kong)氣(qi)(qi)中的(de)(de)水(shui)含量比平時(shi)(shi)高，當陽(yang)光照射入(ru)空(kong)氣(qi)(qi)中的(de)(de)小水(shui)滴時(shi)(shi)就形成了(le)(le)折射。同時(shi)(shi)由于(yu)地球表面(mian)(mian)的(de)(de)大氣(qi)(qi)層為一弧(hu)面(mian)(mian)從而(er)導致了(le)(le)陽(yang)光在(zai)表面(mian)(mian)折射形成了(le)(le)我們所(suo)見到的(de)(de)弧(hu)形彩虹(hong)。

目擊現場

來自西澳大利(li)亞州佩斯的攝影師科林-萊(lai)昂(ang)哈特在旅行經過科茨洛灘(tan)時，拍(pai)到(dao)了一個全圓(yuan)形彩虹。

科林說(shuo)：“我們當時在結束一次(ci)航拍的(de)返程途中，直升機經過一片陣(zhen)雨區(qu)(qu)。當我們穿(chuan)過雨區(qu)(qu)邊緣的(de)時候(hou)，太陽(yang)正在落山(shan)，位(wei)置很低，陽(yang)光正好打造出這一奇特的(de)彩虹(hong)。它就在我們的(de)正前方形成了。”

于(yu)是(shi)科林拿出相機，抓(zhua)拍下了全圓形彩虹的形成(cheng)過程。

據(ju)美國國家航(hang)空航(hang)天(tian)局(ju)介紹(shao)，全圓形彩(cai)虹現象和觀(guan)測者位(wei)置有(you)很大關(guan)系(xi)，主要是由雨(yu)滴對陽光的(de)內反射形成的(de)。

形成條件

空中漂浮(fu)的(de)小水(shui)滴就像(xiang)(xiang)一(yi)個個球形透(tou)鏡，陽光(guang)射(she)入水(shui)滴后，經(jing)過(guo)折(zhe)射(she)、反射(she)再折(zhe)射(she)出來，進入我(wo)們的(de)眼(yan)睛。本來的(de)白光(guang)進入水(shui)滴后，會(hui)像(xiang)(xiang)牛頓的(de)三棱鏡實驗一(yi)樣，由于折(zhe)射(she)而(er)分成(cheng)不同的(de)色光(guang)，所以彩虹才有(you)不同的(de)顏色。

空(kong)氣中(zhong)布滿(man)水(shui)滴，為(wei)什么我們只看到(dao)一道(dao)彩(cai)(cai)虹(hong)，而(er)不是到(dao)處(chu)都有彩(cai)(cai)虹(hong)呢?這(zhe)是因為(wei)光(guang)(guang)線入射水(shui)珠(zhu)的位(wei)置，只有一個角(jiao)度會讓折射出(chu)的光(guang)(guang)線強(qiang)度最大(da)(見圖(tu)A)。這(zhe)就是解讀彩(cai)(cai)虹(hong)現象的最基本原(yuan)理：入射光(guang)(guang)和眼睛見到(dao)色光(guang)(guang)的視線間有一個固定(ding)的夾(jia)角(jiao)。

因此，并不(bu)是(shi)(shi)只有(you)空中某些特別的水珠(zhu)會產生彩(cai)(cai)虹(hong)，而是(shi)(shi)只有(you)在特定角(jiao)度(du)的水珠(zhu)所(suo)折射出來的色(se)(se)光才(cai)能(neng)進入我們(men)的眼睛。這個角(jiao)度(du)和不(bu)同色(se)(se)光的折射率(lv)有(you)關，例如(ru)紅光的折射率(lv)較小(xiao)(xiao)，夾角(jiao)較大(da)(約42°13')；反之，紫(zi)光折射率(lv)小(xiao)(xiao)，夾角(jiao)就較小(xiao)(xiao)(約40°30')。這就造成紅色(se)(se)在上、紫(zi)色(se)(se)在下的彩(cai)(cai)虹(hong)。

因(yin)為(wei)陽光是平行入射(she)，由上述原理和“并行線同位角相等”定理，進入眼中的(de)色光會(hui)因(yin)為(wei)空氣中的(de)水珠(zhu)層厚度的(de)增加而加強(qiang)，這就(jiu)是為(wei)什么大雨(yu)后的(de)彩虹較清楚、小雨(yu)后的(de)較淡薄(bo)的(de)原因(yin)。

由(you)于固定夾角的(de)限制，當太(tai)陽在我們頭上時，折射的(de)光線不能進入(ru)眼睛(jing)，所以看不到(dao)彩虹(hong)。必須(xu)到(dao)下午4點以后，彩虹(hong)才會在山巒或城(cheng)市的(de)天際(ji)出現，而(er)且隨著時間越接近傍晚(wan)，彩虹(hong)的(de)位置會越高(gao)，這也(ye)是(shi)前(qian)述基本原(yuan)理的(de)應用。

根據同樣(yang)的(de)原理，考慮以(yi)通過眼睛(jing)平(ping)行于入射(she)陽(yang)光的(de)直線為(wei)軸，旋轉在(zai)你眼中造成(cheng)彩虹的(de)入射(she)光線，這(zhe)時，進入眼睛(jing)的(de)折射(she)色(se)光，會轉出一個圓錐(zhui)面(mian)。如果入射(she)光與(yu)地(di)面(mian)不平(ping)行(例如下(xia)午4點時)，這(zhe)個圓錐(zhui)面(mian)投(tou)射(she)到我們(men)眼里，看起來只是一段短圓弧。但(dan)是到了傍晚，陽(yang)光平(ping)行于地(di)面(mian)時，我們(men)眼中的(de)彩虹，就(jiu)幾乎(hu)是正(zheng)半圓。

由于地球(qiu)表(biao)面是一(yi)個曲(qu)面并且被厚厚的(de)(de)大氣(qi)(qi)所覆蓋(gai)，雨后空(kong)氣(qi)(qi)中的(de)(de)水(shui)含(han)量比平時(shi)高，當陽光照射入(ru)空(kong)氣(qi)(qi)中的(de)(de)小(xiao)水(shui)滴時(shi)就形成了折射。同時(shi)由于地球(qiu)表(biao)面的(de)(de)大氣(qi)(qi)層為一(yi)弧(hu)面從而導致了陽光在表(biao)面折射形成了我們所見到的(de)(de)弧(hu)形彩虹。

科學證明，所有(you)的彩(cai)(cai)虹都(dou)是全圓形(xing)的，只(zhi)是我們平時無(wu)法從地面上看(kan)到(dao)。想要(yao)看(kan)到(dao)全圓形(xing)彩(cai)(cai)虹是非(fei)常難得的，必須具(ju)備“天時地利”的條件，所以通常只(zhi)有(you)飛(fei)行(xing)員(yuan)才(cai)能見到(dao)這種自然奇觀。

相似現象

火焰彩虹

火(huo)焰(yan)彩(cai)虹(hong)(hong)，是極為少見的景象，只有太陽處(chu)于天頂，太陽光穿射過高海拔處(chu)的卷(juan)(juan)云，并且卷(juan)(juan)云富含冰晶時，火(huo)焰(yan)彩(cai)虹(hong)(hong)才有可能產生。火(huo)焰(yan)彩(cai)虹(hong)(hong)也叫彩(cai)虹(hong)(hong)云。

冰彩虹

氣象(xiang)官(guan)員又將冰(bing)彩虹稱作"22度(du)虹"，因為(wei)這(zhe)(zhe)種(zhong)環形結構是(shi)在(zai)太(tai)陽周圍(wei)22度(du)范圍(wei)內形成(cheng)的(de)。這(zhe)(zhe)種(zhong)視覺(jue)現象(xiang)是(shi)由大(da)氣里的(de)盤(pan)狀冰(bing)晶反射陽光(guang)形成(cheng)的(de)冰(bing)彩虹，這(zhe)(zhe)些冰(bing)晶所在(zai)的(de)云(yun)團一般很(hen)薄(bo)，而且(qie)是(shi)一簇簇聚集在(zai)一起，常被稱作卷云(yun)。只有當太(tai)陽升得(de)很(hen)高(gao)(大(da)約位(wei)于地(di)平線上方58度(du)范圍(wei)內)，而且(qie)它(ta)發(fa)出(chu)的(de)光(guang)正好從(cong)高(gao)空卷云(yun)里穿過(guo)時，才能看到這(zhe)(zhe)種(zhong)罕見現象(xiang)。太(tai)陽的(de)高(gao)度(du)決定了這(zhe)(zhe)種(zhong)光(guang)暈的(de)清晰(xi)度(du)。而且(qie)卷云(yun)里的(de)冰(bing)晶必須(xu)呈六邊形，而且(qie)薄(bo)薄(bo)的(de)冰(bing)片(pian)必須(xu)與地(di)面平行。

月亮彩虹

我們都(dou)知道，彩(cai)(cai)虹是(shi)經(jing)常(chang)在(zai)雨后出現(xian)(xian)的(de)(de)(de)，而且經(jing)常(chang)會(hui)出現(xian)(xian)。但是(shi)，這(zhe)(zhe)(zhe)種月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹并不經(jing)常(chang)被人們看(kan)(kan)到。因為月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹形成的(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)比(bi)較少見，它一般都(dou)是(shi)在(zai)滿月(yue)或(huo)者(zhe)是(shi)馬上就滿月(yue)的(de)(de)(de)夜晚，而且還需要在(zai)月(yue)亮(liang)(liang)(liang)低垂的(de)(de)(de)時候才會(hui)發生這(zhe)(zhe)(zhe)種現(xian)(xian)象。這(zhe)(zhe)(zhe)種月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹看(kan)(kan)起來特(te)別的(de)(de)(de)獨(du)特(te)，非常(chang)漂亮(liang)(liang)(liang)。最經(jing)常(chang)看(kan)(kan)到月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹的(de)(de)(de)地方就是(shi)在(zai)美(mei)國的(de)(de)(de)坎(kan)伯蘭大瀑布那里，還可以看(kan)(kan)到很(hen)漂亮(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)月(yue)亮(liang)(liang)(liang)彩(cai)(cai)虹。