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彩虹

中文名称:彩虹

外文名称:rainbow

别       称:天虹

产生原因:阳光色散、反射

定       义:气象中的一种光学现象

彩虹(rainbow)是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光谱。色彩艳丽,由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫戴七种颜色。它像颜色鲜艳的七彩桥架在天上,又像一条色彩缤纷的七彩绸缎,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,所以常以七种颜色为主。

形成原因

彩虹最常在下午,雨后刚转天晴时出现,这时空气内尘埃少而充满小水滴,太阳光在通过雨的颗粒时就会折射。此时,由于光折射的角度因颜色而各异,所以七种颜色会以各自不同的角度折射。所以七种颜色会很漂亮地排列起来。这就是形成彩虹的原理[1]

因为彩虹呈现于与太阳方向相反的天空,所以想在雨后看彩虹时要背对着太阳。夏天雨后,乌云飞散,太阳从新露头,在太阳对面的天空中,会出现半圆形的彩虹。虹是由于阳光射到空中的水滴里,发生发射与折射造成的。我们知道,当太阳光通过三棱镜的时候,前景的方向会发生偏折,而且把原来的白色光线分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带。下过雨后,有许多微小的水滴漂浮在空中,当阳光照射到小水滴上时会发生折射,分散成7种颜色的光。很多小水滴同时把阳光折射出来,再反射到我们的眼睛里,我们就会看到一条半圆形的彩虹。

形态

彩虹的色带分明,红的排在最外面,接下来是橙、黄、绿、青、蓝、紫6种 颜色。空气里水滴的大小,决定了虹的色彩鲜艳程度和宽窄。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,只有背着太阳百能看到彩虹,所以早晨的彩虹出现在西方,黄昏的彩虹总在东方出现[2]。可我们看不见,只有乘飞机从高空向下看,才能见到。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当时将出现晴天或雨天。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。

彩虹的明显程度,取决于空气中小水滴的大小,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。一般冬天的气温较低,在空中不容易存在小水滴,下阵雨的机会也少,所以冬天一般不会有彩虹出现。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[3]

变化

多重彩虹

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[4]

更暗的第三道虹,甚至第四道虹,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年~1882年) 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。

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。

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。

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[5]

视频

彩虹 相关视频

彩虹气象是怎样形成的呢
4种彩虹形成的罕见现象

参考文献

  1. 彩虹形成原因:雨后彩虹是怎样形成的?,天气网,2014-04-10
  2. ,人民教育出版社网,2008-01-15
  3. 科学小实验:关于彩虹的奥秘,你知道么?,腾讯网,2019-01-18 09:27
  4. 高清:多姿多彩看彩虹,中国气象局网,2017-06-15 08:35  
  5. 月虹到底有多罕见?这个现象又是如何产生的?,新浪网,2019-06-21 07:48