彩虹

彩虹，又稱天虹，簡稱虹，“彩”，顧名思義，是“七彩”、“彩色”的意思。“虹”，“工”代表音旁，“蟲”代表形旁，為什麼是蟲字旁呢？因為在古代，人們還不知道彩虹和水滴有關，認為彩虹是一條飲用雨滴的蟲，所以取用蟲字旁。彩虹(Rainbow)是氣象中的一種光學現象。當陽光照射到半空中的雨點，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜。彩虹七彩顏色，從外至內分別為：赤、橙、黃、綠、藍、靛、紫。彩虹是一種自然現象，是由於陽光射到空氣的水滴里，發生光的反射和折射造成的。

彩虹是因為陽光射到空中接近圓型的小水滴，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，其它顏色在下。

其實只要空氣中有水滴，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洒水或噴洒水霧，亦可以人工製造彩虹。

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，會看見彩虹是原

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。

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辨顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。

大多數人因為沒有積極的去觀察而不會注意到霓，霓是經常出現在主虹外側昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生的，出線的角度在50–53°。兩次反射的結果，使得霓的色綵排列和虹的弧相反，藍色在外而紅色在內。霓比虹暗弱，因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉，散布的區域也更為寬廣。在虹與霓之間未被照亮的天空，因為是亞歷山大最先描述的，所以被命名為亞歷山大帶。

更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾經被拍攝過。這些是陽光在雨滴內經過三次或四次反射造成的。這些虹都出現在與太陽同一側的天空，第三道和太陽相距約40°，第四道則約為45°。因為陽光的關係，用肉眼很難看見。

Felix Billet （1808–1882）敘述過更高階的虹，他描繪出第19道虹的位置，並稱此種模式為"彩虹玫瑰"。在實驗室內，使用更明亮的光線和准直良好的激光，可以觀察到更高階的虹。據報吳等多人在1998年使用類似的方法，以氬離子激光光束達到200階的虹。

當彩虹出現在水面的物體上時，來自不同光路互補的兩個鏡弧可能分別出現在水面上和水面下。它們的名稱略有不同，如果水面是平靜的被反射虹將呈現鏡像出現在水面的地平線下方。陽光在抵達觀測者之前首先受到雨滴的偏折，然後經過水麵的反射。被反射虹，至少是一部分，經常可見，甚至在小水坑都可見。

當陽光在抵達雨滴前先被水面反射，它可能生成反射虹，如果水面夠大，整個表面也是平靜的，並靠近雨幕，反射虹便可能出現在地平線之上。它與正常的彩虹交會在地平線處，並且它的弧會在天空的較高處，因為它的中心在地平線之上，而正常彩虹的中心在地平線之下。由於需要上述條件的配合，反射虹是很罕見的。

如果反射的弧再被反射，並且霓反射弧和他的反射弧同時都出現，同時出現6條（或是8條）彩帶也是可能的。

全圓彩虹導因於雨滴對陽光的“內反射”所造成的，因為雨滴和空氣的折射率不同導致。

空氣里水滴的大小，決定了虹的色彩鮮艷程度和寬窄。空氣中的水滴大，虹就鮮艷，也比較窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們面對著太陽是看不到彩虹的，只有背著太陽才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出現在西方，黃昏的彩虹總在東方出現。可我們看不見，只有乘飛機從高空向下看，才能見到。虹的出現與當時天氣變化相聯繫，一般我們從虹出現在天空中的位置可以推測當時將出現晴天或雨天。東方出現虹時，本地是不大容易下雨的，而西方出現虹時，本地下雨的可能性卻很大。

彩虹的明顯程度，取決於空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現。

月光形成的罕見彩虹

2009年11月6日，這個罕見的幽靈圖片展示了一個完整的月亮彩虹，它橫跨過整個北約克郡里士滿農村。我們知道，當陽光被雨滴反射時，彩虹就會出現。但是，這個情況下，太陽早已經下山了。相反的是，這個令人印象深刻的弧是由特別的明月創造出來的。

攝影師ChrisWalker抓住了這個瞬間並且拍下了它，那是大約在周日晚上七點左右，他正開車經過一場暴風雨。

他說：“當我開車回家時，我在天空中發現了一些奇怪東西。當月亮即將變成滿月時，它就在我後面，並且此時吹著狂風，雨水從雲層里頃刻灑向地平線。月亮是那麼的明亮，很顯然可以看到天空中那個物體就是一道彩虹，它此時被月光照亮了。”“由於月光比太陽光微弱得成千上萬倍，所以，這個月光彩虹也比太陽彩虹微弱很多，它只有在月亮接近滿月時才能夠被看到。雖然月亮彩虹在人們看來是白色的，但是，當你使用相機的長曝光就能拍到他的顏色。”

在這種情況下，Walker先生只需要在他的Lumix數碼相機上使用一個30秒的曝光就能夠揭示這個月光彩虹的所有顏色。Walker先生說：“月光實在是太亮了，以至於我無法用肉眼看到月光彩虹里的紅色。”

這個月光彩虹總是出現在天空的對面部分，與月亮相對，而且只有在月亮接近滿月時才最容易被看到。他們通常比較少出現，因為月光彩虹的出現需要許多條件的輔助。這個月亮必須位於天空中小於42度，天空必須是非常的黑暗。而且在月亮對面的那片天空必須下雨。而且，月亮彩虹更有可能出現在瀑布旁。這個現象不應該與月光環混淆在一起。月光環出現在月亮周圍，並且像圓環一樣。這些月光環是由於月光通過高層大氣時，被懸掛在高層大氣中的水晶折射而產生的。

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。當陽光經過水滴時，它會被折射、反射后再折射出來。在水滴內經過一次反射的光缐，便形成我們常見的彩虹（主虹）。若光線在水滴內進行了兩次反射，便會產生第二道彩虹（霓）。霓的顏色排列次序跟主虹是相反的。由於每次反射均會損失一些光能量，因此霓的光亮度亦較弱。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。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。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全部被發現。

原因一：光的波長決定光的彎曲程度

事實上如果條件合適的話，可以看到整圈圓形的彩虹。彩虹的形成是太陽光射向空中的水珠經過折射→反射→折射后射向我們的眼睛所形成。不同顏色的太陽光束經過上述過程形成彩虹的光束與原來光束的偏折角約180-42=138度。也就是說，若太陽光與地面水平，則觀看彩虹的仰角約為42度。

想象你看著東邊的彩虹，太陽在從背後的西邊落下。白色的陽光（彩虹中所有顏色的組合）穿越了大氣，向東通過了你的頭頂，碰到了從暴風雨落下的水滴。當一道光束碰到了水滴，會有兩種可能：一是光可能直接穿透過去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前緣，在進入時水滴內部產生彎曲，接著從水滴後端反射回來，再從水滴前端離開，往我們這裡折射出來。這就是形成彩虹的光。

光穿越水滴時彎曲的程度，端視光的波長（即顏色）而定——紅色光的彎曲度最大，橙色光與黃色光次之，依此類推，彎曲最少的是紫色光。1每種顏色各有特定的彎曲角度，陽光中的紅色光，折射的角度是42度，藍色光的折射角度只有40度，所以每種顏色在天空中出現的位置都不同。

若你用一條假想線，連接你的後腦勺和太陽，那麼與這條線呈42度夾角的地方，就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個弧。既然藍色與假想線只呈40度夾角，所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下面。

彩虹之所以為弧型這當然與其形成有著不可分割的關係，同樣這也與地球的形狀有很大的關係，由於地球表面為一曲面而且還被厚厚的大氣所覆蓋，在雨後空氣中的水含量比平時高，當陽光照射入空氣中的小水滴形成了折射，同時由於地球表面的大氣層為一弧面從而導致了陽光在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹！

原因二：與地球的形狀有很大的關係

由於地球表面是一個曲面並且被厚厚的大氣所覆蓋，雨後空氣中的水含量比平時高，當陽光照射入空氣中的小水滴時就形成了折射。同時由於地球表面的大氣層為一弧面從而導致了陽光在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹！

中國古代觀測早在中國唐代時，精通天文歷算之學的進士孫彥先(孫思恭)便提出"虹乃與中日影也，日照雨則有之。"的說法，已解釋了彩虹乃是水滴對陽光的折射和反射。孫彥先的發現後來也被宋代沈括的《夢溪筆談》所引用及證實，且沈括也細微地觀察到虹和太陽的位置與方向是相對的現象。孫彥先和沈括等人對虹的這些發現比西方早了幾百年。西方觀測歷史1307年時歐洲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。後來牛頓以玻璃稜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。

傳奇色彩神話傳說彩虹在神話中佔有一席位，是因為它的美和它是個難以理解的神奇現象。伽利略的關於光的特性專著出現之後，人們才能解釋彩虹這個現象。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。在中國，虹可以認為是雙頭蛇/龍，同時白虹經天等天象被認為是不吉的徵兆。在台灣太魯閣族中，彩虹的盡頭是祖靈的所在地。在西方，希臘神話中，彩虹(Iris)是溝通天上與人間的使者；愛爾蘭民間傳說中，矮精靈(leprechaun)將寶藏收於彩虹的盡頭；印度神話中，彩虹是雷電神"因陀羅"(又譯作"帝釋天")的弓，名為Indradhanush;北歐神話中，彩虹橋(Bifröst)連接神的領域"亞斯格特"(Asgård)和人類居所"中土世界"(Midgård)。宗教意義在猶太教和基督教經典聖經希伯來語部分，創世記記載上帝耶和華讓諾亞建造方舟毀滅世界。之後以彩虹跟諾亞及其子孫立約，再不降大洪水來毀滅世界。這是以歷史記載的信息解釋地球上有彩虹這一現象的意義。《聖經》:神曉諭挪亞和他的兒子說，我與你們和你們的後裔立約，並與你們這裡的一切活物，就是飛鳥，牲畜，走獸，凡從方舟里出來的活物立約。我與你們立約，凡有血肉的，不再被洪水滅絕，也不再有洪水毀壞地了。神說，我與你們並你們這裡的各樣活物所立的永約，是有記號的。我把虹放在雲彩中，這就可作我與地立約的記號了。我使雲彩蓋地的時候，必有虹現之雲彩中，我便記念我與你們和各樣有血肉的活物所立的約，水就再不泛濫，毀壞一切有血肉的物了。虹必現之雲彩中，我看見，就要記念我與地上各樣有血肉的活物所立的永約。神對挪亞說，這就是我與地上一切有血肉之物立約的記號了。在藏傳佛教當中，有一種與密宗修行有關的神秘現象，被稱為"虹化現象"。指的是，極少數有大圓滿修行境界的人在臨終的時候，身體會化成一道彩虹消失在空中。