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現(xiàn)象，9當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，由外圈至內圈呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫 七種顏色。事實上彩虹有無數種顏色，比如，在紅色和橙色之間還有許多種細微差別的顏色，但為了簡便起見，所以只用七種顏色作為區(qū)別。

太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色組成的，當照射到水滴上時會出現(xiàn)第一次折射，由于這7種顏色光的波長不同，它們的偏向角度也會不同，這時太陽光就會分解為7種單色光；折射后的單色光到達水滴的背面后，會按照反射規(guī)律發(fā)生反射；反射后的單色光將回到入射水滴的這一面，這時將發(fā)生第二次折射，并仍然以單色光的形式射出水滴。1

簡介

彩虹，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，便可能產生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象，彩虹最常在下午，雨后剛轉天晴時出現(xiàn)，這時空氣內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?？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。

形成原因

彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴，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，在水滴內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，然后在水滴的背面反射，最后離開水滴時再折射一次，總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用，不同頻率的光的折射率有所不同，紅光的折射率比藍光小，而藍光的偏向角度比紅光大。由于光在水滴內被反射，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。彩虹意旨光線經過兩次折射一次反射，霓虹則是光線經過兩次折射兩次反射。2

特殊彩虹

雙彩虹

大多數人因為沒有積極的去觀察而不會注意到霓，霓是經常出現(xiàn)在主虹外側昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生的，出線的角度在50–53°。兩次反射的結果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，藍色在外而紅色在內。霓比虹暗弱，因為兩次反射不僅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，因為是亞歷山大最先描述的，所以被命名為亞歷山大帶。

更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾經被拍攝過。這些是陽光在雨滴內經過三次或四次反射造成的。這些虹都出現(xiàn)在與太陽同一側的天空，第三道和太陽相距約40°，第四道則約為45°。因為陽光的關系，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"。在實驗室內，使用更明亮的光線和準直良好的激光，可以觀察到更高階的虹。據報吳等多人在1998年使用類似的方法，以氬離子激光光束達到200階的虹。

月虹

月虹，又稱晚虹，是一種非常罕見的現(xiàn)象，在月光強烈的晚上可能出現(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。

反射虹和被反射虹

當彩虹出現(xiàn)在水面的物體上時，來自不同光路互補的兩個鏡弧可能分別出現(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。陽光在抵達觀測者之前首先受到雨滴的偏折，然后經過水面的反射。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(xiàn)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(xiàn)，同時出現(xiàn)6條（或是8條）彩帶也是可能的。

全圓彩虹

全圓彩虹導因于雨滴對陽光的“內反射”所造成的，因為雨滴和空氣的折射率不同導致。2

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

透過濃霧陽光會產生白色的彩虹。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。霧滴產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。只有紅色不被散射，于是產生了單色的紅色彩虹。

附屬虹

虹的內側，逐級變窄、減弱的多層七彩序列輪回，叫做附屬虹。

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(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，才能解釋彩虹這個現(xiàn)象。

1、在中國神話中：

女媧煉五色石補天，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圣經創(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。5

參見

• 日暈
• 月暈
• 日華
• 月華
• 折射
• 衍射
• 光
• 霓虹
• 彩虹旗

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(xiàn)象。很多人認為只有雨后才能出現(xiàn)彩虹。其實，這種看法是不全面的。雨后天空有時會出現(xiàn)彩虹，但是在陽光下，噴泉或瀑布的周圍也會出現(xiàn)彩虹；在夏天，街上奔跑的灑水車的后面，有時也會出現(xiàn)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，通過棱鏡后，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、紫七種顏色。這與彩虹的顏色很相似。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(fā)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，其余各色光則介乎其間。因此，光線在小水滴內產生分光現(xiàn)象，各色光同時在小水滴繼續(xù)傳播，遇到水滴的另一界面時被反射回來，重新經過小水滴內部，出來時再一次發(fā)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，瀑布都將持續(xù)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(xù)推移。這就促成瀑布出色的攝影伴侶——彩虹的出現(xiàn)。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顏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。主虹是內紫外紅，副虹是內紅外紫，副虹又叫霓。霓與主虹為同心的圓弧，兩者之間天空比較暗，虹內、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。

副虹常伴隨主虹出現(xiàn)，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(qū)域被稱為 “亞歷山大帶”(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。只有在晴朗的天氣時，在飛機艙中向下看，才能看到主虹與霓的全貌，即完整圓環(huán)。

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，確切弧半徑為42度)。如果太陽的角度太大(例如在中午前后)，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(xiàn)在太陽的對面，因此朝虹見于西方，夕虹見于東方。其出現(xiàn)以夏季為主。

動力飛行器和空中攝影技術的出現(xiàn)，令眾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(huán)，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(huán)狀彩虹。但是，飛機上看到的彩虹并非每次都是完整的環(huán)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，高空中云滴的直徑通常很小，因此通常看到的是白虹。不僅如此，只有當太陽位于天頂時才能看到標準的圓環(huán)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。

出現(xiàn)記錄

吉林琿春市

6月22日，琿春市城區(qū)上空出現(xiàn)雙彩虹。

北京市

2020年9月3日，北京上空出現(xiàn)雙彩虹。

世界紀錄

**持續(xù)時間最長的彩虹：**2017年11月30日，中國文化大學大氣科學系的人員在中國臺北陽明山上空連續(xù)觀測到一道彩虹，它持續(xù)時間為8小時58分。*（吉尼斯世界紀錄）*8

臺風命名

“彩虹”一名由朝鮮提供，即指大氣光學現(xiàn)象彩虹，2003年臺風“鳴蟬”被退役后替補名為“彩虹”， 2015年10月2日在菲律賓呂宋島上被升格為熱帶風暴，此后在南海逐漸發(fā)展強大，并在靠近華南沿海時出現(xiàn)近岸爆發(fā)增強，于10月4日下午以超強臺風強度登陸廣東省湛江市坡頭區(qū)，成為中國建國以來10月登陸的最強臺風。臺風“彩虹”由于造成華南沿海等地嚴重災害和損失，次年的臺風委員會會議上被臺風委員會永久除名，“彩虹”的再替補名為“舒力基”。

彩虹預報

新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州昭蘇縣是目前國內出現(xiàn)彩虹頻率最高、次數最多的地方，其獨特的地理位置與氣候條件，使這里每年夏季出現(xiàn)彩虹景觀超過150次，有時一天甚至多達5次，還常常伴有雙彩虹甚至三彩虹，成為昭蘇縣吸引游客的一大旅游特色，這與昭蘇縣氣象局對彩虹的準確預報密不可分。

因彩虹無法被觀測儀器直接記錄，獲取觀測資料并不容易，目前只能靠人工觀測取得，同時，彩虹屬于小范圍氣象景觀，有時一道彩虹只能在5平方公里內看到，出現(xiàn)時間很短。昭蘇縣氣象局牽頭舉辦彩虹攝影比賽，發(fā)動社會各界攝影愛好者拍攝彩虹，將拍攝到的彩虹圖片注明彩虹出現(xiàn)的時間、地點等信息，及時回傳到氣象局，隨后再前往離彩虹出現(xiàn)地最近的氣象觀測站進行數據分析，從而積累了大量相關數據。

2018年，觀測團隊建立了全國首個彩虹基因庫，詳細記錄了此前一年彩虹出現(xiàn)和被捕捉時的氣象數據。為了能夠更詳細、系統(tǒng)地進行觀測，昭蘇縣氣象局還制定了全國首個虹霓裳觀測規(guī)范，對相關細節(jié)提出了嚴格要求。2019年7月5日，昭蘇縣氣象局通過昭蘇天氣微信公眾號對外發(fā)布了第一條彩虹預報，成功預報了當天彩虹出現(xiàn)的地點和時間。

目前，彩虹預報10小時提前預報準確率高達85%，昭蘇縣氣象局與中國氣象局有關部門合作，共同建立彩虹預報模型，一旦模型建立完成，就可以在全國甚至全世界進行彩虹預報。