生活常识:彩虹为什么是弯的?不要以为很简单!

彩虹,又称天虹,简称为“虹”,是气象中的一种光学现象。当太阳光照射到空气中的水滴时,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩光谱,雨后常见。形状弯曲,通常为半圆状。色彩艳丽。按波长从大至小排序:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

彩虹形成

一句话:彩虹就是阳光在小水滴中发生“折射-反射-折射”后,投射到你眼中的彩色光波的集合体。

就像牛顿用三棱镜分解出了七色光(红橙黄绿蓝靛紫)一样,阳光以一定角度射入悬浮在空气中的水滴时,也会被分解出不同颜色的光波,而这些光波在水中的折射率不同,红光偏折最小,而紫光最大,所以高处水滴提供红光,低处水滴提供蓝紫光,最终我们看到就是红色在最外圈、蓝紫色在最内的色彩斑斓的彩虹。


  左图为虹,右图为霓(图片来源:腾讯科技)

但是,如果光在水滴中多反射了一次,也就是“折射-反射-反射-折射”,那么彩色光波的排序就会恰好反了过来,这就是“双彩虹”中的霓了。由于在各个界面biu来biu去太多次,光线的能量有损失,所以我们看到的霓的亮度比虹要小很多。

为什么彩虹是弯的?

上文说到,每种颜色的光波由于折射率不同,各有特定的弯曲角度,阳光中的红色光,折射的角度大约是42度,蓝紫色光的折射角度约只有40度。


  彩虹与人眼位置示意图(制图:任成英)

所以如果你画一条假想线,连接你的后脑勺和太阳,并向你的面前延伸,那么与这条线呈40-42度夹角的地方,就是通常彩虹所在的位置。事实上,如果你有丰富的看彩虹经历,你会发现,越是靠近红色光波部分的彩虹,色彩越是明显,反之,越是靠近蓝紫色部分,色彩越是黯淡。所以,我们一般用红色光波的42度左右夹角,来找彩虹位置。


  彩虹即为这个圆锥体的底部圆弧。(制图:任成英)

现在,有无数平行光线在水滴中射入射出,而最终能投射入眼睛、被你看到的,则是与平行入射光线成42度左右的光束集合体,于是,我们得到了一个以你的眼睛为顶点的圆锥体,而这个圆锥底面的圆弧就是彩虹啦!但是由于有地平线的遮挡,我们大多数时候看到的彩虹就只能是半弧形的了。从这个意义来说,我们每个人看到的彩虹都是阳光“现做现卖”的专属彩虹。

但是也有例外,比如我们可以上天呀!网上就曾流传有一张据说是跳伞者从半空中拍摄到的环形彩虹,怎么回事呢?


翻转一下,就看到圆环彩虹了

把那张圆锥体的图翻转一下你就能明白了,而且只有当太阳高度角为90度时,你才能在“合适的高度条件+合适的水汽条件”下看到正圆形彩虹。

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