彩虹:自然現象-中文百科頻道

基本釋義

彩虹，其實隻要空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背後以低角度照射，便可能産生可以觀察到的彩虹現象，彩虹最常在下午，雨後剛轉天晴時出現，這時空氣内塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗，而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近，在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以制造人工彩虹。

成因

彩虹是因為陽光射到空中接近圓型的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然後在水滴的背面反射，最後離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，藍光的折射角度比紅光大。由于光在水滴内被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其它顔色在下。

其實隻要空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背後以低角度照射，便可能産生可以觀察到的彩虹現象。彩虹最常在下午，雨後剛轉天晴時出現。這時空氣内塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工制造彩虹。

出現位置

彩虹其實并非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象，彩虹看起來的所在位置，會随着觀察者而改變。當觀察者看到彩虹時，它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其實是被水滴反射，放大了的太陽影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，剛好是觀察者頭部影子的方向，虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高于42度時，彩虹的位置将在地平線以下而不可見。這亦是為甚麼彩虹很少在中午出現的原因。

形狀

彩虹由一端至另一端，橫跨84°。以一般的35mm照相機，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。倘若在飛機上，會看見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行進的方向。

晚虹是一種罕見的現象，在月光強烈的晚上可能出現。由于人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辨顔色，故此晚虹看起來好像是全白色。

色彩

空氣裡水滴的大小，決定了虹的色彩鮮豔程度和寬窄。空氣中的水滴大，虹就鮮豔，也比較窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們面對着太陽是看不到彩虹的，隻有背着太陽才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出現在西方，黃昏的彩虹總在東方出現。可我們看不見，隻有乘飛機從高空向下看，才能見到。虹的出現與當時天氣變化相聯系，一般我們從虹出現在天空中的位置可以推測當時将出現晴天或雨天。東方出現虹時，本地是不大容易下雨的，而西方出現虹時，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，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現。

月光形成的罕見彩虹

2009年11月6日，這個罕見的幽靈圖片展示了一個完整的月亮彩虹，它橫跨過整個北約克郡裡士滿農村。我們知道，當陽光被雨滴反射時，彩虹就會出現。但是，這個情況下，太陽早已經下山了。相反的是，這個令人印象深刻的弧是由特别的明月創造出來的。

攝影師Chris Walker抓住了這個瞬間并且拍下了它，那是大約在周日晚上七點左右，他正開車經過一場暴風雨。

他說：“當我開車回家時，我在天空中發現了一些奇怪東西。當月亮即将變成滿月時，它就在我後面，并且此時吹着狂風，雨水從雲層裡頃刻灑向地平線。月亮是那麼的明亮，很顯然可以看到天空中那個物體就是一道彩虹，它此時被月光照亮了。”“由于月光比太陽光微弱得成千上萬倍，所以，這個月光彩虹也比太陽彩虹微弱很多，它隻有在月亮接近滿月時才能夠被看到。雖然月亮彩虹在人們看來是白色的，但是，當你使用相機的長曝光就能拍到他的顔色。”

在這種情況下，Walker先生隻需要在他的Lumix數碼相機上使用一個30秒的曝光就能夠揭示這個月光彩虹的所有顔色。Walker先生說：“月光實在是太亮了，以至于我無法用肉眼看到月光彩虹裡的紅色。”

這個月光彩虹總是出現在天空的對面部分，與月亮相對，而且隻有在月亮接近滿月時才最容易被看到。他們通常比較少出現，因為月光彩虹的出現需要許多條件的輔助。這個月亮必須位于天空中小于42度，天空必須是非常的黑暗。而且在月亮對面的那片天空必須下雨。而且，月亮彩虹更有可能出現在瀑布旁。這個現象不應該與月光環混淆在一起。月光環出現在月亮周圍，并且像圓環一樣。這些月光環是由于月光通過高層大氣時，被懸挂在高層大氣中的水晶折射而産生的。

特殊彩虹

雙彩虹

很多時候會見到兩條彩虹同時出現，在平常的彩虹外邊出現同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽光在水滴中經兩次反射而成。當陽光經過水滴時，它會被折射、反射後再折射出來。在水滴内經過一次反射的光缐，便形成我們常見的彩虹（主虹）。若光線在水滴内進行了兩次反射，便會産生第二道彩虹（霓）。霓的顔色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均會損失一些光能量，因此霓的光亮度亦較弱。兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射，副虹的顔色次序跟主虹反轉，外側為藍色，内側為紅色。副虹其實一定跟随主虹存在，隻是因為它的光線強度較低，所以有時不被肉眼察覺而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對陽光的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光的折射指數，用數學證明彩虹的主虹是水點内的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他準确計算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顔色。後來牛頓以玻璃菱鏡展示把太陽光散射成彩色之後，關于彩虹的形成的光學原理全部被發現。

月虹

月虹，又稱晚虹，是一種非常罕見的現象，在月光強烈的晚上可能出現，由于人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辨顔色，故此晚虹看起來好像是全白色。

反射虹和被反射虹

當彩虹出現在水面的物體上時，來自不同光路互補的兩個鏡弧可能分别出現在水面上和水面下。它們的名稱略有不同，如果水面是平靜的被反射虹将呈現鏡像出現在水面的地平線下方。陽光在抵達觀測者之前首先受到雨滴的偏折，然後經過水面的反射。被反射虹，至少是一部分，經常可見，甚至在小水坑都可見。

當陽光在抵達雨滴前先被水面反射，它可能生成反射虹，如果水面夠大，整個表面也是平靜的，并靠近雨幕，反射虹便可能出現在地平線之上。它與正常的彩虹交會在地平線處，并且它的弧會在天空的較高處，因為它的中心在地平線之上，而正常彩虹的中心在地平線之下。由于需要上述條件的配合，反射虹是很罕見的。

如果反射的弧再被反射，并且霓反射弧和他的反射弧同時都出現，同時出現6條（或是8條）彩帶也是可能的。

全圓彩虹

全圓彩虹導因于雨滴對陽光的“内反射”所造成的，因為雨滴和空氣的折射率不同導緻。

雙子虹

雙子虹，它是Twinned bows的直譯，它們是本是同根生、分出兩叉的彩虹。

霧虹

透過濃霧陽光會産生白色的彩虹。霧滴的尺寸比雨滴小，因此并沒有把光線分解成色彩分明的數道光帶。霧滴産生的光帶寬度要寬得多，這些光帶重疊合并成白色光弧。

紅虹

在日出和日落時，陽光的傳播距離很長，所以綠色、黃色、甚至橙色也能被大量散射。隻有紅色不被散射，于是産生了單色的紅色彩虹。

附屬虹

虹的内側，逐級變窄、減弱的多層七彩序列輪回，叫做附屬虹。

彎曲原理

原因一：光的波長決定光的彎曲程度

事實上如果條件合适的話，可以看到整圈圓形的彩虹。彩虹的形成是太陽光射向空中的水珠經過折射→反射→折射後射向我們的眼睛所形成。不同顔色的太陽光束經過上述過程形成彩虹的光束與原來光束的偏折角約180-42=138度。也就是說，若太陽光與地面水平，則觀看彩虹的仰角約為42度。

想象你看着東邊的彩虹，太陽在從背後的西邊落下。白色的陽光（彩虹中所有顔色的組合）穿越了大氣，向東通過了你的頭頂，碰到了從暴風雨落下的水滴。當一道光束碰到了水滴，會有兩種可能：一是光可能直接穿透過去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前緣，在進入時水滴内部産生彎曲，接着從水滴後端反射回來，再從水滴前端離開，往我們這裡折射出來。這就是形成彩虹的光。

光穿越水滴時彎曲的程度，端視光的波長（即顔色）而定——紅色光的彎曲度最大，橙色光與黃色光次之，依此類推，彎曲最少的是紫色光。1每種顔色各有特定的彎曲角度，陽光中的紅色光，折射的角度是42度，藍色光的折射角度隻有40度，所以每種顔色在天空中出現的位置都不同。

若你用一條假想線，連接你的後腦勺和太陽，那麼與這條線呈42度夾角的地方，就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個弧。既然藍色與假想線隻呈40度夾角，所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下面。

彩虹之所以為弧型這當然與其形成有着不可分割的關系，同樣這也與地球的形狀有很大的關系，由于地球表面為一曲面而且還被厚厚的大氣所覆蓋，在雨後空氣中的水含量比平時高，當陽光照射入空氣中的小水滴形成了折射，同時由于地球表面的大氣層為一弧面從而導緻了陽光在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹！

原因二：與地球的形狀有很大的關系

由于地球表面是一個曲面并且被厚厚的大氣所覆蓋，雨後空氣中的水含量比平時高，當陽光照射入空氣中的小水滴時就形成了折射。同時由于地球表面的大氣層為一弧面從而導緻了陽光在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹！

神話及宗教中的彩虹

因為彩虹的美和它是個難以理解的現象，古人便以神話來解釋地球上有彩虹這一現象，所以彩虹在神話中占有一席位。後來由伽利略研究對于光的特性之後，才能解釋彩虹這個現象。

1、在中國神話中：

女娲煉五色石補天，彩虹即五色石發出的彩光。

虹（龍），龍的一種。

2、在希臘神話中，伊裡斯（Iris）是溝通天上與人間的使者。

3、在愛爾蘭民間傳說中，矮精靈拉布列康（leprechaun）将寶藏收于彩虹的盡頭。

4、在印度神話中，彩虹是雷電神“因陀羅”（又譯作“帝釋天”）的弓，名為Indradhanush．

5、在北歐神話中，彩虹橋（Bifröst）連接衆神的領域“亞斯格特”（Asgård）和人類居所“中土世界”（Midgård）．也就是神和人類的交通要塞，透過彩虹橋可以往來。

6、在台灣太魯閣族、賽德克族、泰雅族中，彩虹的盡頭是祖靈的所在地。

7、在猶太教和基督教經典聖經創世記中耶和華讓諾亞建造方舟避開洪水，之後耶和華上帝以彩虹跟諾亞及其子孫立約，不再降大洪水來毀滅世界。

高空看到的彩虹

彩虹是人們時常看到的一種自然界的光現象。很多人認為隻有雨後才能出現彩虹。其實，這種看法是不全面的。雨後天空有時會出現彩虹，但是在陽光下，噴泉或瀑布的周圍也會出現彩虹；在夏天，街上奔跑的灑水車的後面，有時也會出現一段彩虹；用噴霧器在空中噴霧也可形成彩虹。

在中學物理課上，有個光的色散實驗：取一個棱鏡，讓一束白光穿過狹縫射到棱鏡的一側面，通過棱鏡後，前進方向改變，在白色光屏上形成彩色光帶，順序是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顔色。這與彩虹的顔色很相似。空氣中飄浮有大量的小水滴。當太陽光照射到這些小水滴上，一個個的小水滴就像棱鏡似地把白光分解成七種單色光，對陽光起分光色散作用。

陽光射入小水滴，即從空氣這種媒質進入水這種媒質，發生一次折射，由于構成白光的各種單色光的折射率不同，紫光頻率最高，其折射率最大，紅光頻率最低，其折射率最小，其餘各色光則介乎其間。因此，光線在小水滴内産生分光現象，各色光同時在小水滴繼續傳播，遇到水滴的另一界面時被反射回來，重新經過小水滴内部，出來時再一次發生折射回到空氣中。這樣，陽光在小水滴中進行了兩次折射和一次全反射就被分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種單色光。當空氣中的小水滴數量很多時，陽光通過這些小水滴，經過反射和折射作用，射出來的光集中在一起，天空中美麗的彩虹就形成了。

不管天氣如何，瀑布都将持續流動的溪水制造的薄霧反沖入空氣，且大氣層的飽和度持續推移。這就促成瀑布出色的攝影伴侶——彩虹的出現。在陽光明媚的日子，風激起海洋或湖水中的浪花，且當空氣中的水霧和濕度飽和時，會形成瀑布彩虹的一個變種“噴霧虹” 。

平時，我們看到的多數是一條彩虹，視角(從地面至虹頂的角度)約42°。有時在彩虹的外邊還能看到一條顔色順序與這條彩虹恰好相反，且較暗一些的另一條虹，這條叫副虹。主虹是内紫外紅，副虹是内紅外紫，副虹又叫霓。霓與主虹為同心的圓弧，兩者之間天空比較暗，虹内、虹外天空比較明亮。霓的視角大約51°。它的成因與主虹基本相同。它是陽光在小雨滴中經過兩次反射和兩次折射而形成的，即折射——全反射——全反射——折射而形成的。

副虹常伴随主虹出現，它們通常比主虹細一些、暗淡些。主虹與次虹之間，那部分比周圍天空暗的區域被稱為 “亞曆山大帶”(即“暗帶”) 。

在地平面上，我們看到的主虹與霓是半圓形的，那是因為它們下半部分被地面遮住了。若是站在高山頂上，就能看到主虹與霓的大部分。隻有在晴朗的天氣時，在飛機艙中向下看，才能看到主虹與霓的全貌，即完整圓環。

盡管常因地面的阻擋，令看到一個完整的彩虹非常困難，但實際上大部分可見的彩虹是呈正圓的弧(據笛卡爾稱，确切弧半徑為42度)。如果太陽的角度太大(例如在中午前後)，或太小(近日出或落日)，我們也不易看到虹，又因虹是陽光經小水滴反射進入我們眼睛的，所以彩虹永遠出現在太陽的對面，因此朝虹見于西方，夕虹見于東方。其出現以夏季為主。

動力飛行器和空中攝影技術的出現，令衆人有機會目睹宏大的圓形彩虹。所以，我們在飛機或者高山上見到的，更應該是彩虹環，而不是像加了偏光鏡片的效果。

這張照片是跳傘者從半空中拍攝的，可以看到一個完整的環狀彩虹。但是，飛機上看到的彩虹并非每次都是完整的環狀彩虹。跳傘者的高度較低，離地表較近，霧氣中水滴較大，能夠形成彩色虹。但飛機位于高空，高空中雲滴的直徑通常很小，因此通常看到的是白虹。不僅如此，隻有當太陽位于天頂時才能看到标準的圓環狀虹，當太陽高度角大于42°小于90°時，看到的是橢圓形虹；當高度角小于42°時，看到的則是雙曲線弧段了.