科普知識(shí)：彩虹是怎么樣形成的

科普知識(shí)：彩虹是怎么樣形成的

彩虹是由于陽(yáng)光射到空中接近圓型的小水滴，造成色散及反射而成。陽(yáng)光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射，在水滴內(nèi)亦以不同的角度反射。當(dāng)中以40至42度的反射最為劇烈，造成我們所見(jiàn)到的彩虹。造成這種反射時(shí)，陽(yáng)光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最終離開(kāi)水滴時(shí)再折射一次。由于水對(duì)光有色散的作用，不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同，藍(lán)光的折射角度比紅光大。由于光在水滴內(nèi)被反射，所以觀看者觀察的光譜是倒過(guò)來(lái)，紅光在最上方，其他顏色在下。

其實(shí)只要空氣中有水滴，而陽(yáng)光正在觀看者的背后以低角度照耀，便可能產(chǎn)生可以觀看到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)消失。這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而布滿小水滴，天空的一邊由于仍有雨云而較暗。而觀看者頭上或背后已沒(méi)有云的遮擋而可見(jiàn)陽(yáng)光，這樣彩虹便會(huì)較簡(jiǎn)單被看到。另一個(gè)常常可見(jiàn)到彩虹的地方是瀑布四周。在晴朗的天氣下背對(duì)陽(yáng)光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工制造彩虹。

空氣里水滴的大小，打算了彩虹的顏色艷麗程度和寬窄?？諝庵械乃未螅缇推G麗，也比較窄;反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們面對(duì)著太陽(yáng)是看不到彩虹的，只有背著太陽(yáng)才能看到彩虹，所以早晨的彩虹消失在西方，黃昏的彩虹總在東方消失?？晌覀兛床灰?jiàn)，只有乘飛機(jī)從高空向下看，才能見(jiàn)到。虹的消失與當(dāng)時(shí)天氣變化相聯(lián)系，一般我們從虹消失在天空中的位置可以推想當(dāng)時(shí)將消失晴天或雨天。東方消失虹時(shí)，本地是不大簡(jiǎn)單下雨的，而西方消失虹時(shí)，本地下雨的可能性卻很大。

彩虹的明顯程度，取決于空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不簡(jiǎn)單存在小水滴，下陣雨的機(jī)會(huì)也少，所以冬天一般不會(huì)有彩虹消失。

彩虹其實(shí)并非消失在半空中的特定位置。它是觀看者觀察的一種光學(xué)現(xiàn)象，彩虹看起來(lái)的所在位置，會(huì)隨著觀看者而轉(zhuǎn)變。當(dāng)觀看者看到彩虹時(shí)，它的位置必定是在太陽(yáng)的相反方向。彩虹的拱以內(nèi)的中心，其實(shí)是被水滴反射，放大了的太陽(yáng)影像。所以彩虹以內(nèi)的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，剛好是觀看者頭部影子的方向，虹的本身則在觀看者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當(dāng)太陽(yáng)在空中高于42度時(shí)，彩虹的位置將在地平線以下而不行見(jiàn)。這亦是為甚么彩虹很少在中午消失的緣由。

彩虹由一端至另一端，橫跨84°。以一般的35mm照相機(jī)，需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。如果在飛機(jī)上，會(huì)觀察彩虹是原整的圓形而不是拱形，而圓形彩虹的正中心則是飛機(jī)行進(jìn)的方向。

晚虹是一種罕見(jiàn)的現(xiàn)象，在月光劇烈的晚上可能消失。由于人類視覺(jué)在晚間低光線的狀況下難以分辦顏色，故此晚虹看起來(lái)似乎是全白色。

雙彩虹許多時(shí)候會(huì)見(jiàn)到兩條彩虹同時(shí)消失，在平常的彩虹外邊消失同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽(yáng)光在水滴中經(jīng)兩次反射而成。當(dāng)陽(yáng)光經(jīng)過(guò)水滴時(shí)，它會(huì)被折射、反射后再折射出來(lái)。在水滴內(nèi)經(jīng)過(guò)一次反射的光缐，便形成我們常見(jiàn)的彩虹(主虹)。若光線在水滴內(nèi)進(jìn)行了兩次反射，便會(huì)產(chǎn)生其次道彩虹(霓)。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均會(huì)損失一些光能量，因此霓的光亮度亦較弱。兩次反射烈的反射角消失在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。由于有兩次的反射，副虹的顏色次序跟主虹反轉(zhuǎn)，外側(cè)為藍(lán)色，內(nèi)側(cè)為紅色。副虹其實(shí)肯定跟隨主虹存在，只是由于它的光線強(qiáng)度較低，所以有時(shí)不被肉眼察覺(jué)而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時(shí)歐洲已有人提出彩虹是由水滴對(duì)陽(yáng)光的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發(fā)覺(jué)水滴的大小不會(huì)影響光線的折射。他以玻璃球注入水來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，得出水對(duì)光的折射指數(shù)，用數(shù)學(xué)證明彩虹的主虹是水點(diǎn)內(nèi)的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他精確?????計(jì)算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顏色。后來(lái)牛頓以玻璃菱鏡展現(xiàn)把太陽(yáng)光散射成彩色之后，關(guān)于彩虹的形成的光學(xué)原理全部被發(fā)覺(jué)。

七色光緣由

彩虹是由于陽(yáng)光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。陽(yáng)光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射，在水滴內(nèi)也是以不同的角度反射。當(dāng)中以40-42度的反射最為劇烈，形成人們所見(jiàn)到的彩虹。

其實(shí)只要空氣中有水滴，而陽(yáng)光正在觀看者的背后以低角度照耀，便可能產(chǎn)生可以觀看到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)消失。這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而布滿小水滴，天空的一邊由于仍有雨云而較暗。而觀看者頭上或背后已沒(méi)有云的遮擋而可見(jiàn)陽(yáng)光，這樣彩虹便會(huì)較簡(jiǎn)單被看到。虹的消失與當(dāng)時(shí)天氣變化相聯(lián)系，一般人們從虹消失在天空中的位置可以推想當(dāng)時(shí)將消失晴天或雨天。東方消失虹時(shí)，本地是不大簡(jiǎn)單下雨的，而西方消失虹時(shí)，本地下雨的可能性卻很大。

彩虹的明顯程度，取決于空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不簡(jiǎn)單存在小水滴，下雨的機(jī)會(huì)也少，所以冬天一般不會(huì)有彩虹消失。

彎曲緣由

事實(shí)上假如條件合適的話，可以看到整圈圓形的彩虹(例如峨眉山的佛光)。形成這種反射時(shí)，陽(yáng)光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最終離開(kāi)水滴時(shí)再折射一次，最終射向人們的眼睛。

光穿越水滴時(shí)彎曲的程度，視光的波長(zhǎng)(即顏色)而定——紅色光的彎曲度，橙色光與黃色光次之，依此類推，彎曲最少的是紫色光。

由于水對(duì)光有色散的作用，不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同，藍(lán)光的折射角度比紅光大。由于光在水滴內(nèi)被反射，所以觀看者觀察的光譜是倒過(guò)來(lái)，紅光在最上方，其他顏色在下。

每種顏色各有特定的彎曲角度，陽(yáng)光中的紅色光，折射的角度是42度，藍(lán)色光的折射角度只有40度，所以每種顏色在天空中消失的位置都不同。

若用一條假想線，連接后腦勺和太陽(yáng)，那么與這條線呈42度夾角的地方，就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾畫出一個(gè)弧。既然藍(lán)色與假想線只呈40度夾角，所以彩虹上的藍(lán)弧總是在紅色的下面。