只要有空气中有水滴,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,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云的遮挡而可见阳光,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,亦可以人工制造彩虹.
通常说彩虹有七种颜色,分别是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。不过,从物理角度看,彩虹颜色是连续过渡的,在不同文化认知中,颜色数量和划分也可能有差异。彩虹是由于阳光射到空中接近球形的小水滴,造成色散及反射而成。
彩虹不仅仅是一道七色光谱,它的色彩层次其实远比人们肉眼所见要丰富得多。在红橙黄绿蓝靛紫之间,还存在着无数细微的颜色变化。但为了便于描述和理解,人们通常将这七种颜色作为彩虹的主要代表。
彩虹的形成主要依赖于光的折射、反射和色散。太阳光是由多种颜色的光线组成的,当阳光穿过空气中的水滴时,会发生以下几个步骤:
光的折射:当阳光进入水滴时,由于水的折射率与空气不同,光线会发生折射,改变其传播方向。这个过程使得光线在水滴内部的路径发生了弯曲。
光的反射:光线在水滴内部遇到水滴的后面时,会发生反射。大部分光线会反射回水滴内部,形成一个完整的光路。
光的色散:不同颜色的光在水中的折射率不同,因此它们在水滴内部的折射角度也不同。这就导致了光线的分散,形成了彩虹的多种颜色。
光的再次折射:当光线从水滴的另一面射出时,它又会经历一次折射,进一步增强了色彩的分离效果。
彩虹为什么总是弯曲的?
想象你看着东边的彩虹,太阳在从背后的西边落下。白色的阳光(彩虹中所有颜色的组合)穿越了大气,向东通过了你的头顶,碰到了从暴风雨落下的水滴。当一道光东碰到了水滴,会有两种可能:一是光可能直接穿透过去,或者更有趣的是,它可能碰到水滴的前缘,在进入时水滴内部产生弯曲,接着从水滴后端反射回来,再从水滴前端离开往我们这里折射出来。这就是形成彩虹的光。
人造彩虹的核心是利用水滴来模拟大气中的雨滴。当阳光照射到水滴上时,光线会进入水滴内部,发生折射,改变方向。当光线从水滴内部射出时,会发生反射,再次改变方向。