彩虹和特殊彩虹的形成

1、彩虹和特殊彩虹的形成彩虹是一種自然現(xiàn)象，是由于陽光射到空氣的水滴里，發(fā)生光的反射和折射造成的。當陽光照射到半空中的雨點，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜。彩虹七彩顏色，從外至內(nèi)分別為：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。 彩虹的形成原因我們知道，當太陽光通過三棱鏡的時候，前景的方向會發(fā)生偏折，而且把原來的白色光線分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色的光帶。彩虹是因為陽光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成。單個雨滴有著與棱鏡不同的形狀和密度，但雨滴對光線的影響與棱鏡相似。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內(nèi)也是以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，形

2、成我們所見到的彩虹。形成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后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。由于光在水滴內(nèi)被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。 為了簡單起見，我們僅觀察紅色和紫色的光，也就是可見光光譜兩端的顏色。 下面這副圖描繪了一束太陽光投射到一滴雨滴時發(fā)生的現(xiàn)象。當一束白光從空氣中射入水滴時，其各種組成色的光會按頻率的不同而減速。紫光進入水滴時會有相對較大的偏轉(zhuǎn)。在水滴的右邊，一些光從中穿出回到空氣中，剩下的光則被反射。一些反射光又從該水滴左側(cè)穿出，經(jīng)過折射再次回到

3、空氣中。這樣，每個雨滴就將白色的陽光分解成其組成色。那么為什么我們會看到寬的色帶呢，好像天空中不同的降雨區(qū)色散出不同的單色光？這是因為我們僅僅從每個雨滴中看到了一種顏色?？梢酝ㄟ^下圖了解其工作原理。 當雨滴A對光進行色散時，只有紅光能從一個適當?shù)慕嵌壬涑?，進入觀察者的眼中。而其他顏色的光束則以較小的角度射出，因此觀察者看不到它們。太陽光將以相同的方式投射到周圍所有的雨滴上，因此這些雨滴都會將紅光反射到觀察者眼中。 在空中，雨滴B的位置低一些，因此它不會將紅光反射到觀察者的眼中。在該雨滴的高度，紫光會從一個適當?shù)慕嵌壬涑?，進入觀察者的眼中。雨滴B周圍的所有雨滴都將以相同的方式反射光。A和B之間的

4、雨滴將不同顏色的光反射給觀察者，因此觀察者能夠看到完整的彩色光譜。如果觀察者處于雨層的上面，將能夠看到一個完整圓形的彩虹，因為光會從四周反射回來。而在地面上，我們則可以看到地平線以上的雨滴所形成的拱形彩虹。 彩虹形成條件其實只要空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時出現(xiàn)。這時空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨云而較暗。而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經(jīng)?？梢姷讲屎绲牡胤绞瞧俨几浇?。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。彩虹的明顯程度，取決于

5、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，下雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現(xiàn)。 特殊彩虹的形成除了通常所見到的彩虹以外，我們還常常聽說一些特殊的彩虹。晚虹（月虹）月虹，顧名思義，即是在月光下出現(xiàn)的彩虹，又叫黑夜彩虹、黑虹。由于是由月照所產(chǎn)生的虹，故通常只見于夜晚。且由于月照亮度較小的關(guān)系，月虹也通常較為朦朧，且通常出現(xiàn)于月亮反方向的天空。夜間雖然沒有太陽，但如果有明亮的月光，大氣中又有適當?shù)脑朴甑?，便可形成月虹。由于月虹的出現(xiàn)需各種天氣因素的配合，所以是非常罕見的自然現(xiàn)象。由于人類視覺在晚間低光

6、線的情況下難以分辨顏色，故此晚虹看起來好像是全白色的。雙彩虹有時會見到兩條彩虹同時出現(xiàn)，在平常的彩虹外邊出現(xiàn)同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽光在水滴中經(jīng)兩次反射而成，其產(chǎn)生方式與清晰的彩虹相同，但不同的是，清晰的彩虹在雨滴內(nèi)反射一次，而副虹則是反射兩次。由于這種二次反射，光以不同的角度從雨滴中射出，因此我們會在較高的地方看到它。如果仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)副虹中的顏色順序與主虹相反。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的是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(xiàn)在50至53，所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射，副虹的顏色次序跟主虹反轉(zhuǎn)，外側(cè)為藍色，內(nèi)側(cè)為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在，只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(fā)現(xiàn)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