高空看彩虹，真是长这样吗？你了解多少

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彩虹折射

　　最近各种社交网站热传一张美图——原来从高空上往下看，所看到的彩虹是长这样的：

网传从高空上往下看，所看到的彩虹是长这样的

　　真美啊！连都忍不住要感慨！可是，这是真的吗？让我们补习一下中学物理课吧。

　　彩虹是人们时常看到的一种自然界的光现象。它是如何形成的呢？一说到彩虹的形成，人们常把它跟雨后联系在一起。很多人认为只有雨后才能出现彩虹。其实，这种看法是不全面的。雨后天空有时会出现彩虹，这固然是事实，但是在阳光下，喷泉或瀑布的周围也会出现彩虹；在夏天，街上奔跑的洒水车的后面，有时也会出现一段彩虹；用喷雾器在空中喷雾也可形成彩虹。

　　大多数人都见过这种普通的彩虹，它们很常见，甚至有时当人们在花园给植物浇水时就能看见。

　　在中学物理课上，有个光的色散实验：取一个棱镜，让一束白光穿过狭缝射到棱镜的一侧面，通过棱镜后，前进方向改变，在白色光屏上形成彩色光带，顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。这与彩虹的颜色很相似。

　　但是空气中是不可能有三棱镜存在却又能形成彩虹。这是何故？

　　这是因为空气中飘浮有大量的小水滴。当太阳光照射到这些小水滴上，一个个的小水滴就像棱镜似地把白光分解成七种单色光，对阳光起分光色散作用。

　　阳光是如何在小水滴中产生分光色散现象？

　　阳光射入小水滴，即从空气这种媒质进入水这种媒质，发生一次折射，由于构成白光的各种单色光的折射率不同，紫光波长最短，其折射率最大，红光波长较长，其折射率最小，其余各色光则介乎其间。因此，光线在小水滴内产生分光现象，各色光同时在小水滴继续传播，遇到水滴的另一界面时被反射回来，重新经过小水滴内部，出来时再一次发生折射回到空气中。这样，阳光在小水滴中进行了两次折射和一次全反射就被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光。当空气中的小水滴数量很多时，阳光通过这些小水滴，经过反射和折射作用，射出来的光集中在一起，天空中美丽的彩虹就形成了。

　　不管天气如何，瀑布都将持续流动的溪水制造的薄雾反冲入空气，且大气层的饱和度持续推移。这就促成瀑布出色的摄影伴侣——彩虹的出现。

　　在阳光明媚的日子，风激起海洋或湖水中的浪花，且当空气中的水雾和湿度饱和时，会形成瀑布彩虹的一个变种“喷雾虹”。

　　平时，我们看到的多数是一条彩虹，视角(从地面至虹顶的角度)约42°。有时在彩虹的外边还能看到一条颜色顺序与这条彩虹恰好相反，且较暗一些的另一条虹，这条叫副虹。主虹是内紫外红，副虹是内红外紫，副虹又叫霓。霓与主虹为同心的圆弧，两者之间天空比较暗，虹内、虹外天空比较明亮。霓的视角大约51°。它的成因与主虹基本相同。它是阳光在小雨滴中经过两次反射和两次折射而形成的，即折射——全反射——全反射——折射而形成的。

　　副虹常伴随主虹出现，它们通常比主虹细一些、暗淡些。主虹与次虹之间，那部分比周围天空暗的区域被称为 “亚历山大带”(即“暗带”)。

　　关键部分来了——在地平面上，我们看到的主虹与霓是半圆形的，那是因为它们下半部分被地面遮住了。若是站在高山顶上，就能看到主虹与霓的大部分。只有在晴朗的天气时，在飞机舱中向下看，才能看到主虹与霓的全貌，即完整圆环。

　　尽管常因地面的阻挡，令看到一个完整的彩虹非常困难，但实际上大部分可见的彩虹是呈正圆的弧(据笛卡尔称，确切弧半径为42度)。

　　如果太阳的角度太大(例如在中午前后)，或太小(近日出或落日)，我们也不易看到虹，又因虹是阳光经小水滴反射进入我们眼睛的，所以彩虹永远出现在太阳的对面，因此朝虹见于西方，夕虹见于东方。其出现以夏季为主。

　　p.s.还有一些更美的彩虹，不是每个人都有机会看见。

　　红彩虹常在日出或日落时可见，那时地球大气层的厚度将蓝色光过滤掉，留下更多的是经小水滴反射或折射过的红色或橙色光。这样一来彩虹的边际就红得愈发厉害了。

　　火彩虹其实并不是彩虹，与火也没任何联系。“环地平弧”才是这种精美的光学效应的真正名称。

　　比起彩虹，雾虹十分罕见，因为这种现象必须在特定条件都齐全的情况下才出现。一方面，光源必须在观测者的后方且低于地平线。同时，观测者后方的雾必须很薄，这样阳光才能照耀到前方更厚的雾。

　　月虹,和幻月一样，相当于是月亮制造的彩虹。月虹同样很难观测到，这是由于它的产生需要经过一场暴风雨，并且，在理想情况下，还需一轮明亮的、没被云朵锁住的满月。

　　动力飞行器和空中摄影技术的出现，令众人有机会目睹宏大的圆形彩虹。所以，我们在飞机或者高山上见到的，更应该是彩虹环，而不是像加了偏光镜片的效果。

　　这张照片是跳伞者从半空中拍摄的，可以看到一个完整的环状彩虹。但是，飞机上看到的彩虹并非每次都是完整的环状彩虹。跳伞者的高度较低，离地表较近，雾气中水滴较大，能够形成彩色虹。但飞机位于高空，高空中云滴的直径通常很小，因此通常看到的是白虹。不仅如此，只有当太阳位于天顶时才能看到标准的圆环状虹，当太阳高度角大于42°小于90°时，看到的是椭圆形虹；当高度角小于42°时，看到的则是双曲线弧段了。

　　参考文献

1、《现代物理知识》，2004年03期，康良溪。

2、部分图片来自果壳网、中国国家地理。