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彩(cai)虹(hong)是(shi)(shi)由將太陽(yang)光分解成不同波長或顏色的(de)(de)水滴形成的(de)(de)。而我們(men)平(ping)時看見(jian)的(de)(de)彩(cai)虹(hong)只是(shi)(shi)半弧(hu)形的(de)(de)，這是(shi)(shi)因為地(di)平(ping)線擋住了它的(de)(de)下半部分。而太陽(yang)的(de)(de)高度(du)可(ke)以決定彩(cai)虹(hong)弧(hu)度(du)的(de)(de)多少(shao)，太陽(yang)在天(tian)空(kong)中越(yue)(yue)低，彩(cai)虹(hong)的(de)(de)底部就越(yue)(yue)高。因此站得越(yue)(yue)高，看到的(de)(de)彩(cai)虹(hong)弧(hu)度(du)就越(yue)(yue)完(wan)整(zheng)。

形成原因

由于地球表面(mian)(mian)是一個曲面(mian)(mian)并且被厚厚的(de)(de)大氣所(suo)(suo)覆蓋，雨后空氣中的(de)(de)水(shui)含量比(bi)平時(shi)高(gao)，當陽(yang)光照射(she)入空氣中的(de)(de)小水(shui)滴時(shi)就形成(cheng)(cheng)了折(zhe)射(she)。同時(shi)由于地球表面(mian)(mian)的(de)(de)大氣層為一弧面(mian)(mian)從而(er)導致(zhi)了陽(yang)光在表面(mian)(mian)折(zhe)射(she)形成(cheng)(cheng)了我們所(suo)(suo)見(jian)到的(de)(de)弧形彩虹。

目擊現場

來自西澳大利亞州佩斯的攝影師科林-萊(lai)昂哈特在(zai)旅(lv)行經(jing)過科茨洛灘時，拍到了(le)一個(ge)全圓形彩虹。

科林說：“我們當時在(zai)結束一次航拍的返(fan)程途中，直升機(ji)經過(guo)(guo)一片陣雨區。當我們穿過(guo)(guo)雨區邊緣的時候，太(tai)陽正在(zai)落山(shan)，位置(zhi)很低，陽光正好打造出這(zhe)一奇特的彩(cai)虹(hong)。它就在(zai)我們的正前方形成了。”

于(yu)是科(ke)林拿(na)出相機，抓(zhua)拍下(xia)了全(quan)圓形彩虹的形成過程。

據美國(guo)國(guo)家(jia)航(hang)空航(hang)天局(ju)介紹，全圓形(xing)(xing)彩(cai)虹現(xian)象和觀測者位置有很大關系，主要是由雨滴對陽光的內(nei)反射形(xing)(xing)成的。

形成條件

空中漂浮的(de)小水(shui)滴(di)就像(xiang)一個個球(qiu)形透鏡，陽光(guang)(guang)射入水(shui)滴(di)后，經過折射、反(fan)射再(zai)折射出來，進(jin)入我們的(de)眼睛。本來的(de)白光(guang)(guang)進(jin)入水(shui)滴(di)后，會像(xiang)牛頓的(de)三棱鏡實驗(yan)一樣(yang)，由(you)于(yu)折射而分(fen)成不(bu)(bu)同的(de)色(se)光(guang)(guang)，所以(yi)彩虹(hong)才有不(bu)(bu)同的(de)顏(yan)色(se)。

空氣中布滿(man)水滴，為什么我們只看(kan)到(dao)一(yi)道彩(cai)虹，而不是到(dao)處都(dou)有(you)彩(cai)虹呢?這是因(yin)為光(guang)(guang)線入(ru)(ru)射水珠(zhu)的位置，只有(you)一(yi)個角(jiao)度會讓折射出的光(guang)(guang)線強度最大(da)(見(jian)圖A)。這就是解讀彩(cai)虹現象(xiang)的最基本原理：入(ru)(ru)射光(guang)(guang)和(he)眼睛見(jian)到(dao)色光(guang)(guang)的視線間有(you)一(yi)個固定的夾角(jiao)。

因此，并不是(shi)只(zhi)有(you)空中某(mou)些特別的水(shui)珠(zhu)(zhu)會產(chan)生彩(cai)虹，而(er)是(shi)只(zhi)有(you)在(zai)特定角度的水(shui)珠(zhu)(zhu)所折(zhe)射出(chu)來(lai)的色光才能進入(ru)我們的眼睛。這個角度和不同色光的折(zhe)射率(lv)有(you)關，例如紅光的折(zhe)射率(lv)較小，夾角較大(約42°13')；反之，紫(zi)光折(zhe)射率(lv)小，夾角就較小(約40°30')。這就造成(cheng)紅色在(zai)上、紫(zi)色在(zai)下的彩(cai)虹。

因(yin)(yin)為(wei)陽光是平行(xing)入(ru)(ru)射，由上述原(yuan)理和(he)“并行(xing)線同位角相等”定理，進入(ru)(ru)眼中(zhong)的色光會因(yin)(yin)為(wei)空氣中(zhong)的水(shui)珠層厚度(du)的增加(jia)而(er)加(jia)強(qiang)，這就是為(wei)什(shen)么(me)大雨后(hou)的彩虹(hong)較清楚(chu)、小(xiao)雨后(hou)的較淡薄的原(yuan)因(yin)(yin)。

由于固(gu)定夾角(jiao)的(de)(de)限制，當太陽在(zai)我們頭上時(shi)，折射的(de)(de)光線不(bu)能進入眼睛，所以看不(bu)到(dao)彩(cai)虹(hong)。必須(xu)到(dao)下午4點以后，彩(cai)虹(hong)才會在(zai)山巒或城(cheng)市的(de)(de)天際出(chu)現，而(er)且隨著時(shi)間越接近傍晚(wan)，彩(cai)虹(hong)的(de)(de)位(wei)置會越高(gao)，這(zhe)也是前述基本原理的(de)(de)應(ying)用。

根(gen)據同樣的(de)原(yuan)理(li)，考慮(lv)以通過(guo)眼睛(jing)平行于(yu)入(ru)射陽光(guang)的(de)直線為軸，旋轉(zhuan)在你眼中造成彩(cai)虹(hong)的(de)入(ru)射光(guang)線，這時(shi)(shi)，進入(ru)眼睛(jing)的(de)折射色光(guang)，會轉(zhuan)出(chu)一(yi)個圓錐面。如果(guo)入(ru)射光(guang)與地面不平行(例如下午4點(dian)時(shi)(shi))，這個圓錐面投射到(dao)我們眼里，看起(qi)來(lai)只是(shi)(shi)一(yi)段短圓弧。但(dan)是(shi)(shi)到(dao)了傍晚，陽光(guang)平行于(yu)地面時(shi)(shi)，我們眼中的(de)彩(cai)虹(hong)，就幾(ji)乎是(shi)(shi)正半圓。

由于地球表(biao)面是一(yi)個曲(qu)面并且被(bei)厚厚的大(da)氣(qi)(qi)所覆蓋，雨后空氣(qi)(qi)中的水(shui)含量比平時高(gao)，當陽光照射入空氣(qi)(qi)中的小水(shui)滴(di)時就(jiu)形成了(le)折射。同(tong)時由于地球表(biao)面的大(da)氣(qi)(qi)層為一(yi)弧(hu)面從而導致(zhi)了(le)陽光在表(biao)面折射形成了(le)我們所見到(dao)的弧(hu)形彩虹。

科學證(zheng)明(ming)，所(suo)有的彩(cai)虹都是全圓形的，只是我們(men)平時無法從地(di)面上看到(dao)。想(xiang)要(yao)看到(dao)全圓形彩(cai)虹是非常難得的，必須具(ju)備“天時地(di)利”的條件(jian)，所(suo)以通常只有飛行員才能見到(dao)這種自然(ran)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，只有太(tai)陽處于(yu)天頂，太(tai)陽光穿(chuan)射過高(gao)海拔處的卷(juan)云(yun)，并且卷(juan)云(yun)富含冰(bing)晶時，火(huo)焰彩(cai)虹(hong)才(cai)有可能(neng)產(chan)生。火(huo)焰彩(cai)虹(hong)也(ye)叫彩(cai)虹(hong)云(yun)。

冰彩虹

氣象(xiang)官(guan)員又將冰彩(cai)虹(hong)稱作(zuo)"22度(du)(du)虹(hong)"，因為這(zhe)種(zhong)環形結構(gou)是在太陽(yang)(yang)周圍(wei)22度(du)(du)范圍(wei)內(nei)形成(cheng)的(de)(de)(de)。這(zhe)種(zhong)視覺現象(xiang)是由大氣里的(de)(de)(de)盤狀冰晶(jing)反射(she)陽(yang)(yang)光(guang)(guang)形成(cheng)的(de)(de)(de)冰彩(cai)虹(hong)，這(zhe)些(xie)冰晶(jing)所在的(de)(de)(de)云團(tuan)一(yi)般很薄，而(er)且是一(yi)簇(cu)簇(cu)聚集在一(yi)起，常被稱作(zuo)卷(juan)(juan)云。只有(you)當太陽(yang)(yang)升得很高(gao)(大約位于地(di)平線上方58度(du)(du)范圍(wei)內(nei))，而(er)且它發(fa)出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)正好從高(gao)空卷(juan)(juan)云里穿過時，才能(neng)看到這(zhe)種(zhong)罕見現象(xiang)。太陽(yang)(yang)的(de)(de)(de)高(gao)度(du)(du)決定了這(zhe)種(zhong)光(guang)(guang)暈的(de)(de)(de)清晰度(du)(du)。而(er)且卷(juan)(juan)云里的(de)(de)(de)冰晶(jing)必須呈(cheng)六邊形，而(er)且薄薄的(de)(de)(de)冰片必須與地(di)面平行。

月亮彩虹

我們都知道(dao)，彩(cai)虹(hong)(hong)是經常在(zai)(zai)雨后出(chu)現的，而且經常會出(chu)現。但是，這(zhe)(zhe)種月(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)并不經常被人們看(kan)(kan)到(dao)。因(yin)為月(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)形成的條件比較少見，它一(yi)般都是在(zai)(zai)滿月(yue)或者是馬(ma)上(shang)就滿月(yue)的夜晚，而且還需(xu)要(yao)在(zai)(zai)月(yue)亮(liang)低垂的時(shi)候才會發生這(zhe)(zhe)種現象。這(zhe)(zhe)種月(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)看(kan)(kan)起來(lai)特(te)(te)別(bie)的獨特(te)(te)，非常漂(piao)(piao)亮(liang)。最經常看(kan)(kan)到(dao)月(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)的地方(fang)就是在(zai)(zai)美國的坎(kan)伯蘭大瀑布那里，還可以看(kan)(kan)到(dao)很(hen)漂(piao)(piao)亮(liang)的月(yue)亮(liang)彩(cai)虹(hong)(hong)。