彩虹是怎樣形成的?

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彩虹
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 (Indigo)、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。
原理


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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。


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雙重彩虹，外圈為霓，內圈為虹


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雨後紐倫堡上空的雙道彩虹
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。


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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。笛卡爾在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。
神話及宗教中的彩虹


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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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白色的太陽光其實包含有不同顏色的光線，粗略地可分為七種顏色，分別是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。在正常情況下，我們只會看見太陽光是白色的。但是在雨後放晴的時候，天空中仍殘留著一些小水珠，白色的陽光被小水珠折射和反射。由於不同顏色的光有不同的折射率，它們在水珠中被反射到稍為不同的方向。如果我們在特定的仰角去觀察天空，會看見不同的水珠反射出不同顏色的光，形成彩虹
參考資料:
www.hk-phy.org/iq/rainbow/rainbow.html

虹是太陽光經空中的水滴一次反射及兩次折射色散所形成(注意折射是造成色散的原因),若人站在和水滴成42度角的地面時,會看到紅光;站在40度角時看到的是藍光,其他的色光則介於兩者間. 霓是陽光經水滴二次反射兩次折射色散而成,50度角看到的是紅光,54度看到的是藍光在[光學]一書中，牛頓提到了彩虹的成因。他認為彩虹與折射有關，而且一定要太陽光通過雨滴才形成。不過這種說法並不是牛頓最 先提出的，法國哲學家笛卡兒才是第一個解開彩虹之謎的人。然而根據牛頓的繪圖，他已準確推論出太陽光是如何分裂，以及如何形成虹與霓。



要想瞭解彩虹是如何形成的，首先要知道

太陽所發出的『光』 包含有各種不同『顏色』的光線，光線在 真空或介質中 是直線行進的，在遇到不同介質的介面上時，部份光線會被反射，部份光線會被折射。

當太陽光在天空行進，遇到天空中細小的水滴時，光線會被折射進入水滴內，由於不同『顏色』的光線彎曲的程度不同，於是水滴內不同顏色的光線便被分開了。

當光線第二次遇到水滴與空氣的邊界時，大部份的光線會很快又折射出去。

但少部份在水滴內經過一次反射的光線，在第三次遇到水滴與空氣的邊界時，部份被折射出去的光線會形成 『虹』。

由紅，橙，黃，綠，青，藍，紫

陽光是由不同波長（簡單地說是不同顏色）的光組成的。當大氣中有水滴時，例如下雨時，太陽光線便會被水滴折射（即是改變前進方向）。藍光由於波長較短，其被折射的幅度會比紅光等較長波長的光為大。因此藍（紅）光會位於彩虹內（外）側。

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 (Indigo)、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。


彩虹的形狀 在圖中弧線處的所有水滴對陽光的色散效果均相同.

如果不是被地面遮蔽的話,彩虹會是個完整的圓形.

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 (Indigo)、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。



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。