高空看彩虹，真是長這樣嗎？

之前網上熱傳過一張美圖——原來從高空上往下看，所看到的彩虹是長這樣的：

真美啊！連蝌蚪君都忍不住要感慨！可是，這是真的嗎？讓我們補習一下中學物理課吧。

彩虹是人們時常看到的一種自然界的光現象。它是如何形成的呢？一說到彩虹的形成，人們常把它跟雨後聯繫在一起。很多人認為只有雨後才能出現彩虹。其實，這種看法是不全面的。雨後天空有時會出現彩虹，這固然是事實，但是在陽光下，噴泉或瀑布的周圍也會出現彩虹；在夏天，街上奔跑的洒水車的後面，有時也會出現一段彩虹；用噴霧器在空中噴霧也可形成彩虹。

大多數人都見過這種普通的彩虹，它們很常見，甚至有時當人們在花園給植物澆水時就能看見。

在中學物理課上，有個光的色散實驗：取一個稜鏡，讓一束白光穿過狹縫射到稜鏡的一側面，通過稜鏡後，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。

但是空氣中是不可能有三稜鏡存在卻又能形成彩虹。這是何故？

這是因為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稜鏡似地把白光分解成七種單色光，對陽光起分光色散作用。

陽光是如何在小水滴中產生分光色散現象？

陽光射入小水滴，即從空氣這種媒質進入水這種媒質，發生一次折射，由於構成白光的各種單色光的折射率不同，紫光波長最短，其折射率最大，紅光波長較長，其折射率最小，其餘各色光則介乎其間。因此，光線在小水滴內產生分光現象，各色光同時在小水滴繼續傳播，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，瀑布都將持續流動的溪水製造的薄霧反衝入空氣，且大氣層的飽和度持續推移。這就促成瀑布出色的攝影伴侶——彩虹的出現。

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，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域被稱為 「亞歷山大帶」(即「暗帶」)。

關鍵部分來了——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。

儘管常因地面的阻擋，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(例如在中午前後)，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，所以彩虹永遠出現在太陽的對面，因此朝虹見於西方，夕虹見於東方。其出現以夏季為主。

p.s.還有一些更美的彩虹，不是每個人都有機會看見。

紅彩虹常在日出或日落時可見，那時地球大氣層的厚度將藍色光過濾掉，留下更多的是經小水滴反射或折射過的紅色或橙色光。這樣一來彩虹的邊際就紅得愈發厲害了。

火彩虹其實並不是彩虹，與火也沒任何聯繫。「環地平弧」才是這種精美的光學效應的真正名稱。

比起彩虹，霧虹十分罕見，因為這種現象必須在特定條件都齊全的情況下才出現。一方面，光源必須在觀測者的後方且低於地平線。同時，觀測者後方的霧必須很薄，這樣陽光才能照耀到前方更厚的霧。

月虹,和幻月一樣，相當於是月亮製造的彩虹。月虹同樣很難觀測到，這是由於它的產生需要經過一場暴風雨，並且，在理想情況下，還需一輪明亮的、沒被雲朵鎖住的滿月。

動力飛行器和空中攝影技術的出現，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，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狀彩虹。但是，飛機上看到的彩虹並非每次都是完整的環狀彩虹。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。但飛機位於高空，高空中雲滴的直徑通常很小，因此通常看到的是白虹。不僅如此，只有當太陽位於天頂時才能看到標準的圓環狀虹，當太陽高度角大於42°小於90°時，看到的是橢圓形虹；當高度角小於42°時，看到的則是雙曲線弧段了。

參考文獻

1、 《現代物理知識》，2004年03期，康良溪。

2、 部分圖片來自果殼網、中國國家地理。

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