彩虹是如何形成的

1.彩虹

阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成色散及反射从而形成彩虹。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。我们所见到的彩虹，以40。～42。的反射最为强烈。造成这种反射的原理是，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，折射率的不同是受不同波长的光而被影响，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上方，其他颜色在下。

其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。经常出现彩虹的时间或地方有两个，一个是在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少且充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗，在观察者头上或背后已没有云的遮挡可以看见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。瀑布附近是另一个经常可见到彩虹的地方。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，便可以人工制造彩虹。

虹的色彩鲜艳程度和宽窄与空气里水滴的大或小有着密切关系。空气中的水滴大，虹就鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。我们面对着太阳是看不到彩虹的，只有背对着太阳才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出现在西方，而黄昏的彩虹总在东方出现。虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测将出现晴天或雨天。例如东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。

空气中小水滴的大小决定着彩虹的明显程度，小水滴体积越大，形成的彩虹越鲜亮，小水滴体积越小，形成的彩虹就不明显。一般冬天不会有彩虹出现，因为冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下阵雨的机会也少。

造成彩虹形成的是光学原理，但很多时候会见到两条彩虹同时出现，在平常的彩虹外边出现同心，但较暗的称为副虹（又称霓）。阳光在水滴中经两次反射而成副虹。两次反射最强烈的反射角出现在50。～53。，所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射，副虹的颜色次序跟主虹反转，外侧为蓝色，内侧为红色。副虹跟随主虹存在，只是因为它的光线强度较低，所以有时不被肉眼察觉而已。1307年时欧洲已有人提出彩虹是由水滴对阳光的折射及反射而造成的，而在当时最出名的是苏格兰上空出现的双重彩虹。笛卡尔在1637年发现水滴的大小不会影响光线的折射。他以玻璃球注入水来进行实验，得出水对光的折射指数，用数学证明彩虹的主虹是水点内的反射形成的，而副虹则是两次反射形成的。他准确计算出彩虹的角度，但未能解释彩虹的七彩颜色的成因。后来是因为牛顿以玻璃棱镜展示把太阳光散射成彩色之后，全部被发现。

为什么彩虹很少在中午出现?这是因为彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随着观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射，放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部影子的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40。～42。的位置。因此当太阳在空中高于42。时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见。

彩虹由一端至另一端，横跨84。。一般的35mm照相机，需要焦距为19mm以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。如果在飞机上，会看见彩虹是完整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。

2.罕见的晚虹

在月光强烈的晚上可能出现晚虹。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分辨颜色，因此晚虹看起来好像是全白色。

3.虹中虹

虹中虹即是双彩虹。当阳光经过水滴时，虹会被折射、反射后再折射出来。在水滴内经过一次反射的光线，便形成我们常见的彩虹（主虹）。若光线在水滴内进行了两次反射，便会产生第二道彩虹（霓）。霓的颜色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均会损失一些光能量，因此霓的光亮度亦较弱。