彩虹

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彩虹

本文講述一种自然现象。關於同名的一套软件，詳見「彩虹 (软件)」。

彩虹是氣象中的一種光學現象。當陽光照射到半空中的水珠，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜。彩虹的七彩顏色究竟是哪七種有不同的說法，中國最普遍的說法是（從外至內）：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。西方的說法是：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，源於科學家牛頓分解七原色後取的名字。

其實只要有空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背後以低角度照射，便可能產生可以觀察到的彩虹現象。彩虹最常在下午，雨後剛轉天晴時出現。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工製造彩虹。

晚虹是一種罕見的現象，在月光強烈的晚上可能出現。由於人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辦顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。

[编辑] 原理

造成彩虹的光學原理

彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然後在水滴的背面反射，最後離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，藍光的折射角度比紅光大。由於光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。

雙重彩虹，外圈為霓，内圈為虹

雨后纽伦堡上空的双道彩虹

很多時候會見到兩條彩虹同時出現，在平常的彩虹外邊出現同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是陽光在水滴中經兩次反射而成。兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射，副虹的顏色次序跟主虹反轉，外側為藍色，內側為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在，只是因為它的光線強度較低，所以有時不被肉眼察覺而已（參看)。

彩虹其實並非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象，彩虹看起來的所在位置，會隨著觀察者而改變。當觀察者看到彩虹時，它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央，其實是被水滴反射，放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，剛好是觀察者頭部影子的方向，虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高於42度時，彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為甚麼彩虹很少在中午出現的原因。

彩虹由一端至另一端，橫跨84°。以一般的35mm照相機，需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上，會看見彩虹會是完整的圓形而不是拱形，而圓形彩虹的正中心則是飛機行進的方向。

蘇格蘭上空的雙重彩虹

1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對陽光的折射及反射而造成。笛卡尔在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光的折射指數，用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顏色。

後來牛頓以玻璃菱鏡展示把太陽光散射成彩色之後，關於彩虹的形成的光學原理才全部被發現。

[编辑] 神話及宗教中的彩虹

彩虹升起的地方

在中國神話中，女媧煉五色石補天，彩虹即五色石發出的彩光。
在《聖經·創世記》9:13裏，上帝在大洪水過後，以彩虹跟諾亞及其子孫立約，再不降大洪水來毀滅世界。
在希臘神話中，彩虹(Iris)是溝通天上與人間的使者。
在愛爾蘭神話中，富有的小妖精(leprechaun)將寶藏收於彩虹的盡頭。

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The rainbow has a place in legend due to its beauty and the difficulty in explaining the phenomenon before Galileo's treatise on the properties of light.

In Hindu mythology, the rainbow is called Indradhanush- meaning the bow of Indra, the God of lightning and thunder.
In Norse Mythology, a rainbow called the Bifröst Bridge connects the realms of Asgård and Midgård, homes of the gods and humans, respectively.

[编辑] Rainbows in literature

The rainbow has also been used in more contemporary settings, such as the song Over the Rainbow in the musical film of The Wizard of Oz, and in selling Lucky Charms by alluding heavily to leprechaun mythology.

One of the poems of William Wordsworth goes...

My heart leaps up when I behold

A rainbow in the sky:

So was it when my life began;

So is it now I am a man;

So be it when I shall grow old,

Or let me die!...

However, the Newtonian deconstruction of the rainbow is said to have provoked John Keats to lament....

Do not all charms fly

At the mere touch of cold philosophy?

There was an awful rainbow once in heaven:

We know her woof, her texture; she is given

In the dull catalogue of common things.

Philosophy will clip an Angel’s wings,

Conquer all mysteries by rule and line,

Empty the haunted air, and gnomed mine -

Unweave a rainbow

In contrast to this is Richard Dawkins; talking about his book Unweaving the Rainbow: Science, Delusion and the Appetite for Wonder .....

"My title is from Keats, who believed that Newton had destroyed all the poetry of the rainbow by reducing it to the prismatic colours. Keats could hardly have been more wrong, and my aim is to guide all who are tempted by a similar view, towards the opposite conclusion. Science is, or ought to be, the inspiration for great poetry."