什么是彩虹(a rainbow)？

彩虹基本上是太阳光扩散成光谱的颜色，让我们看到。因为彩虹是一种光学现象（对于科幻迷来说，这有点像全息图），它不是可以触摸或存在于特定位置的东西。

有没有想过“彩虹”这个词是从哪里来的？“雨”部分代表制造雨滴所需的雨滴，而“弓”则指其弧形。

彩虹需要什么成分？

彩虹往往会在阳光下出现（雨和太阳同时出现），所以如果你猜太阳和雨是形成彩虹的两个关键因素，你是对的。

当下列条件同时出现时，彩虹形成：

• 太阳位于观测者的位置后面，并且离地平线不超过42°
• 观测者面前正在下雨
• 水滴漂浮在空气中（这就是为什么下雨后我们会看到彩虹）
• 天空乌云密布，彩虹清晰可见。

雨滴的作用

当阳光照射在雨滴上时，彩虹形成过程就开始了。当太阳光线照射并进入水滴时，它们的速度会减慢一点（因为水比空气密度大）。这会导致灯光路径弯曲或“折射”

在我们进一步讨论之前，让我们先谈谈关于光的一些事情：

• 可见光由不同的颜色波长组成（混合在一起时呈白色）
• 光沿直线传播，除非有物体反射、弯曲（折射）或散射光。当这些事情发生时，不同的颜色波长被分开，并且可以看到每一个。

因此，当一束光线进入雨滴并弯曲时，它会分离成其组成颜色波长。光继续穿过液滴，直到它从液滴背面反弹（反射）并以42°角离开液滴的另一侧。当光（仍被分成不同的颜色）离开水滴时，它会加速，返回到密度较低的空气中，并向下折射（第二次）到眼睛。

将这一过程应用到天空中的所有雨滴上，瞧，你会得到一条完整的彩虹。

为什么罗伊格比夫后面会有彩虹

有没有注意到彩虹的颜色（从外边缘到内）总是变成红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝、紫色？

为了弄清这是为什么，让我们考虑雨滴在两个层面上，一个在另一个之上。在上一张图中，我们看到红光从水滴中折射出来，与地面成更陡的角度。因此，当你看一个陡峭的角度时，较高的水滴发出的红光会以正确的角度与你的眼睛相遇。（其他颜色的波长以更浅的角度离开这些水滴，从而在头顶通过。）这就是为什么彩虹顶部出现红色。现在考虑下雨滴。当以较浅的角度观察时，这条视线内的所有水滴都会将紫光直接照射到眼睛，而红光则会从周边视觉中射出，并向下照射到脚上。这就是为什么紫色出现在彩虹的底部。这两层之间的雨滴反射不同颜色的光（从下一个最长波长到下一个最短波长，从上到下），因此观察者可以看到全彩光谱。

彩虹真的是弓形的吗？

我们现在知道彩虹是如何形成的，但它们是从哪里形成的呢？

由于雨滴的形状是相对圆形的，因此它们产生的反射也是弯曲的。信不信由你，一条完整的彩虹实际上是一个完整的圆，只是我们看不到它的另一半，因为地面挡住了路。

太阳离地平线越低，我们能看到的完整圆圈就越多。

飞机提供了一个完整的视野，因为观察者可以向上和向下查看完整的圆形弓。

双彩虹

几张幻灯片之前，我们了解了光如何通过雨滴内部的三步旅程（折射、反射、折射）形成主彩虹。但有时，光线会击中雨滴的背面两次，而不是一次。这种“再反射”光以不同的角度（50°而不是42°）离开水滴，形成一道次级彩虹，出现在主弓上方。

因为光线在雨滴内部经历两次反射，通过四步反射的光线更少，所以第二次反射会降低光线的强度，因此，光线的颜色就不那么明亮。单彩虹和双彩虹的另一个区别是双彩虹的配色方案是相反的。（它的颜色是紫色、靛蓝、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色）这是因为较高的雨滴发出的紫光进入人的眼睛，而相同雨滴发出的红光经过人的头部。同时，较低的雨滴发出的红光进入人的眼睛，这些雨滴发出的红光直接照射到人的脚上，看不见。

那两条弧线之间的暗带呢？这是光线通过水滴反射角度不同的结果。（气象学家称之为亚历山大暗带。）

三彩虹

2015年春天，纽约州格伦湾的一位居民分享了一张看似四重彩虹的手机照片，社交媒体因此而大放异彩。

虽然理论上可能，但三重彩虹和四重彩虹极为罕见。它不仅需要在雨滴中进行多次反射，而且每次迭代都会产生一个较暗的彩虹，这将使第三和第四彩虹很难看到。

当它们形成时，三重彩虹通常会对着主弧的内侧出现（如上图所示），或者作为主弧和次弧之间的一个小连接弧出现。

天上没有彩虹

彩虹不仅在天空中可见。后院的洒水器。飞溅的瀑布底部的薄雾。这些都是你发现彩虹的方法。只要有明亮的阳光，悬浮的水滴，并且你处于合适的视角，彩虹就有可能出现在你的视野中！

也可以在不涉及水的情况下创造彩虹。举一个水晶棱镜到一个阳光充足的窗口就是这样一个例子。

资源

• 美国航天局科学研究所。彩虹是什么引起的？2015年6月20日查阅。
• 亚利桑那州国家气象局旗杆。彩虹是怎样形成的？2015年6月20日查阅。
• 伊利诺伊大学大气科学系WW2010。次级彩虹。2015年6月21日查阅。