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我们看到的弧形彩虹其实是圆的
     
 
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2020 年 08 月 25 日 星期 放大 缩小 默认  

我们看到的弧形彩虹其实是圆的

■ 梁一凡

  我们总把彩虹比作一座拱桥,对神秘的彩虹尽头充满遐想。然而,彩虹并不存在尽头,因为它的全貌是个完整的圆环。那为什么我们看到的彩虹永远是一道弧线呢?

  先了解一下彩虹的形成原理:雨后空气中的小水滴就像一个个棱镜,阳光入射后因介质改变发生折射,接着在水滴内发生反射,再折射出去。阳光中不同颜色的可见光折射率各不相同,折射后便会分离开来(色散)。照向地球的阳光可近似看作平行光,从水滴不同位置入射后会发生向各个方向的偏折,其中与入射光夹角为40°~42°(从紫光到红光)的折射光最强,这也是你看到彩虹时的视线与入射阳光的固定夹角。即使你改变视角,彩虹的位置也会随之移动,所以你永远追不到彩虹尽头。基本原理中固定夹角的限制,当太阳在我们头上时(例如正午),折射的光线进不到眼睛,所以看不到彩虹。必须到下午4点以后,彩虹才会在山峦或城市的天际出现,而且随着时间越接近傍晚,彩虹的位置会越高。

  根据同样的原理,考虑以通过眼睛平行于入射阳光的直线为转轴,旋转造成彩虹的入射光线,这时进到我们眼睛的折射色光,会转出一个圆锥面。如果入射光不平行于地面(例如下午4点时),这个圆锥面投射到我们眼里,看起来只是一段短圆弧线。但是到了傍晚阳光平行于地面时,我们眼中的彩虹,就几乎是正半圆。

  由于白天的太阳总是比你高,彩虹环的中心往往落在地平线以下,地面上的我们只能看到圆环的小部分。最多在太阳刚露出地平线时,有机会看到一个半环的彩虹。

  所以要想看到完整环形彩虹,你要到高处看,如爬到高山上或者索性在天上看。

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