[科普中國]-彩虹

彩虹，又稱天弓（客家話）、天虹、絳等，簡稱虹，是氣象中的一種光學(xué)現(xiàn)象，當(dāng)太陽光照射到半空中的水滴，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，由外圈至內(nèi)圈呈紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫 戴 八種顏色。事實(shí)上彩虹有無數(shù)種顏色，比如，在紅色和橙色之間還有許多種細(xì)微差別的顏色，但為了簡便起見，所以只用七種顏色作為區(qū)別。

簡介彩虹，其實(shí)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(shí)出現(xiàn)，這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^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(huì)較容易被看到。另一個(gè)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，亦可以制造人工彩虹。

月虹，又稱晚虹，是一種非常罕見的現(xiàn)象，在月光強(qiáng)烈的晚上可能出現(xiàn)，由于人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辨顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。1

原理彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏蛐蔚男∷?，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時(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度的反射最為強(qiáng)烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時(shí)，陽光進(jìn)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(shí)再折射一次，總共經(jīng)過一次反射兩次折射。因?yàn)樗畬庥猩⒌淖饔茫煌ㄩL的光的折射率有所不同，紅光的折射率比藍(lán)光小，而藍(lán)光的偏向角度比紅光大。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。因此，彩虹和霓虹的高度不一樣，顏色的層遞順序也正好反過來。彩虹意旨光線經(jīng)過兩次折射一次反射，霓虹則是光線經(jīng)過兩次折射兩次反射。1

變化多重彩虹大多數(shù)人因?yàn)闆]有積極的去觀察而不會(huì)注意到霓，霓是經(jīng)常出現(xiàn)在主虹外側(cè)昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經(jīng)由雨滴內(nèi)兩次反射和兩次折射產(chǎn)生的，出線的角度在50–53°。兩次反射的結(jié)果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，藍(lán)色在外而紅色在內(nèi)。霓比虹暗弱，因?yàn)閮纱畏瓷洳粌H使得更多的光線逃逸掉，散布的區(qū)域也更為寬廣。在虹與霓之間未被照亮的天空，因?yàn)槭莵啔v山大最先描述的，所以被命名為亞歷山大帶。

更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾經(jīng)被拍攝過。這些是陽光在雨滴內(nèi)經(jīng)過三次或四次反射造成的。這些虹都出現(xiàn)在與太陽同一側(cè)的天空，第三道和太陽相距約40°，第四道則約為45°。因?yàn)殛柟獾年P(guān)系，用肉眼很難看見。

Felix Billet （1808–1882） 敘述過更高階的虹，他描繪出第19道虹的位置，并稱此種模式為"彩虹玫瑰"。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，使用更明亮的光線和準(zhǔn)直良好的激光，可以觀察到更高階的虹。據(jù)報(bào)吳等多人在1998年使用類似的方法，以氬離子激光光束達(dá)到200階的虹。

反射虹和被反射虹當(dāng)彩虹出現(xiàn)在水面的物體上時(shí)，來自不同光路互補(bǔ)的兩個(gè)鏡弧可能分別出現(xiàn)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將呈現(xiàn)鏡像出現(xiàn)在水面的地平線下方。陽光在抵達(dá)觀測者之前首先受到雨滴的偏折，然后經(jīng)過水面的反射。被反射虹，至少是一部分，經(jīng)?？梢?，甚至在小水坑都可見。

當(dāng)陽光在抵達(dá)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(gè)表面也是平靜的，并靠近雨幕，反射虹便可能出現(xiàn)在地平線之上。它與正常的彩虹交會(huì)在地平線處，并且它的弧會(huì)在天空的較高處，因?yàn)樗闹行脑诘仄骄€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(shí)都出現(xiàn)，同時(shí)出現(xiàn)6條（或是8條）彩帶也是可能的。

全圓彩虹全圓彩虹導(dǎo)因于雨滴對陽光的“內(nèi)反射”所造成的，因?yàn)橛甑魏涂諝獾恼凵渎什煌瑢?dǎo)致。1

神話及宗教中的彩虹因?yàn)椴屎绲拿篮退莻€(gè)難以理解的現(xiàn)象，古人便以神話來解釋地球上有彩虹這一現(xiàn)象，所以彩虹在神話中占有一席位。后來由伽利略研究對于光的特性之后，才能解釋彩虹這個(gè)現(xiàn)象。

1、在中國神話中：

女媧煉五色石補(bǔ)天，彩虹即五色石發(fā)出的彩光。

虹 （龍），龍的一種。

2、在希臘神話中，伊里斯（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）將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（Bifr?st）連接眾神的領(lǐng)域“亞斯格特”（Asg?rd）和人類居所“中土世界”（Midg?rd）．也就是神和人類的交通要塞，透過彩虹橋可以往來。

6、在臺(tái)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(jīng)典圣經(jīng)創(chuàng)世記中耶和華讓諾亞建造方舟避開洪水，之后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。2

參見日暈

月暈

日華

月華

折射

衍射

光

霓虹

彩虹旗

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所