为什么有时下雨后会出现彩虹?在下雨时,或者在雨后,空气中充满着无数小小的能偏折日光的水滴.当阳光经过水滴时,不仅改变了前进的方向,同时被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色

Question

为什么有时下雨后会出现彩虹?
　在下雨时,或者在雨后,空气中充满着无数小小的能偏折日光的水滴.当阳光经过水滴时,不仅改变了前进的方向,同时被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光,如果角度适宜,就成了我们所看到的虹.

Answer 1

虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴,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.因为水对光有色散的作用,不同波长的光的折射率有所不同,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,红光在最上方,其他颜色在下.
造成彩虹的光学原理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,但较暗的副虹(又称霓).副虹是阳光在水滴中经两次反射而成.两次反射最强烈的反射角出现在50°至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.副虹其实一定跟随主虹存在,只是因为它的光线强度较低,所以有时不被肉眼察觉而已
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,会随著观察者而改变.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°至42°的位置.因此当太阳在空中高于42度时,彩虹的位置将在地平线以下而不可见.这亦是为甚么彩虹很少在中午出现的原因.
彩虹由一端至另一端,横跨84°.以一般的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.倘若在飞机上,会看见彩虹会是原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.
双重彩虹,上方为霓,下方为虹
苏格兰上空的双重彩虹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.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造成,而副虹则是两次反射造成.他准确计算出彩虹的角度,但未能解释彩虹的七彩颜色.
后来牛顿以玻璃菱镜展示把太阳光散射成彩色之后,关于彩虹的形成的光学原理全部被发现.