[cǎi hóng]  

彩虹

(雨后光学现象)

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彩虹,又称天弓(客家话)、天虹等,简称,是气象中的一种光学现象,当太阳光照射到半空中的水滴,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩光谱,由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 七种颜色。事实上彩虹有无数种颜色,比如,在红色和橙色之间还有许多种细微差别的颜色,但为了简便起见,所以只用七种颜色作为区别。
  • TA说
环地平弧也被称为“火彩虹”。圣芭芭拉大学地理系指出,尽管出现了这种现象,也与彩虹和火灾无关。这种现象只有在太阳高于地平线58°时才会出现。...详情
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内容来自
中文名
彩虹
外文名
rainbow
又    称
天虹
定    义
气象中的一种光学现象

彩虹简介

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彩虹,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,彩虹最常在下午,后刚转天晴时出现,这时空气内尘埃少而充满小水滴,天空的一边因为仍有雨云而较暗,而观察者头上或背后已没有的遮挡而可见阳光,这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近,在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾,亦可以制造人工彩虹。
月虹,又称晚虹,是一种非常罕见的现象,在月光强烈的晚上可能出现,由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分辨颜色,故此晚虹看起来好像是全白色。 [1] 

彩虹原理

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彩虹是因为阳光射到空中接近球形的小水滴,造成色散及反射而成。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。当中以40至42度的反射最为强烈,造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时,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,总共经过一次反射两次折射。因为水对光有色散的作用,不同频率的光的折射率有所不同,红光的折射率比蓝光小,而蓝光的偏向角度比红光大。由于光在水滴内被反射,所以观察者看见的光谱是倒过来,红光在最上方,其他颜色在下。因此,彩虹和霓虹的高度不一样,颜色的层递顺序也正好反过来。彩虹意旨光线经过两次折射一次反射,霓虹则是光线经过两次折射两次反射。 [1] 

彩虹变化

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彩虹多重彩虹

大多数人因为没有积极的去观察而不会注意到霓,霓是经常出现在主虹外侧昏暗的第二道彩虹。霓是阳光经由雨滴内两次反射和两次折射产生的,出线的角度在50–53°。两次反射的结果,使得霓的色彩排列和虹的弧相反,蓝色在外而红色在内。霓比虹暗弱,因为两次反射不仅使得更多的光线逃逸掉,散布的区域也更为宽广。在虹与霓之间未被照亮的天空,因为是亚历山大最先描述的,所以被命名为亚历山大带
更暗的第三道虹,甚至第四道虹,都曾经被拍摄过。这些是阳光在雨滴内经过三次或四次反射造成的。这些虹都出现在与太阳同一侧的天空,第三道和太阳相距约40°,第四道则约为45°。因为阳光的关系,用肉眼很难看见。
Felix Billet (1808–1882) 叙述过更高阶的虹,他描绘出第19道虹的位置,并称此种模式为"彩虹玫瑰"。在实验室内,使用更明亮的光线和准直良好的激光,可以观察到更高阶的虹。据报吴等多人在1998年使用类似的方法,以氩离子激光光束达到200阶的虹。

彩虹反射虹和被反射虹

当彩虹出现在水面的物体上时,来自不同光路互补的两个镜弧可能分别出现在水面上和水面下。它们的名称略有不同,如果水面是平静的被反射虹将呈现镜像出现在水面的地平线下方。阳光在抵达观测者之前首先受到雨滴的偏折,然后经过水面的反射。被反射虹,至少是一部分,经常可见,甚至在小水坑都可见。
当阳光在抵达雨滴前先被水面反射,它可能生成反射虹,如果水面够大,整个表面也是平静的,并靠近雨幕,反射虹便可能出现在地平线之上。它与正常的彩虹交会在地平线处,并且它的弧会在天空的较高处,因为它的中心在地平线之上,而正常彩虹的中心在地平线之下。由于需要上述条件的配合,反射虹是很罕见的。
如果反射的弧再被反射,并且霓反射弧和他的反射弧同时都出现,同时出现6条(或是8条)彩带也是可能的。

彩虹全圆彩虹

全圆彩虹导因于雨滴对阳光的“内反射”所造成的,因为雨滴和空气的折射率不同导致。 [1] 

彩虹神话及宗教中的彩虹

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因为彩虹的美和它是个难以理解的现象,古人便以神话来解释地球上有彩虹这一现象,所以彩虹在神话中占有一席位。后来由伽利略研究对于光的特性之后,才能解释彩虹这个现象。
1、在中国神话中:
女娲炼五色石补天,彩虹即五色石发出的彩光。
虹 (龙),龙的一种。
2、在希腊神话中,伊里斯(Iris)是沟通天上与人间的使者。
3、在爱尔兰民间传说中,矮精灵拉布列康(leprechaun)将宝藏收于彩虹的尽头。
4、在印度神话中,彩虹是雷电神“因陀罗”(又译作“帝释天”)的弓,名为Indradhanush.
5、在北欧神话中,彩虹桥(Bifröst)连接众神的领域“亚斯格特”(Asgård)和人类居所“中土世界”(Midgård).也就是神和人类的交通要塞,透过彩虹桥可以往来。
6、在台湾太鲁阁族赛德克族、泰雅族中,彩虹的尽头是祖灵的所在地。
7、在犹太教基督教经典圣经创世记耶和华诺亚建造方舟避开洪水,之后耶和华上帝以彩虹跟诺亚及其子孙立约,不再降大洪水来毁灭世界。 [2] 

彩虹参见

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彩虹高空看彩虹和在地上看到的有没有区别

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网传从高空上往下看,所看到的彩虹是长这样的 [3] 
可是,这是真的吗?彩虹是人们时常看到的一种自然界的光现象。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 [3] 
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。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 [3] 
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,紫光频率最高,其折射率最大,红光频率最低,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 [3] 
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” [3] 
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 [3] 
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”) [3] 
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 [3] 
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 [3] 
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 [3] 
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 [3] 
参考资料
  • 1.    Naylor, John; Lynch, David K.; Livingston, William (2002). Out of the Blue: A 24-Hour Skywatcher's Guide. Cambridge University Press. ISBN 0-521-80925-8.
  • 2.    De Rico, Ul (1978). The Rainbow Goblins. Thames & Hudson. ISBN 0-500-27759-1.
  • 3.    谣言:高空看彩虹长这样  .科学辟谣[引用日期2019-11-13]