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2021 年 09 月 02 日 星期 放大 缩小 默认  
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折射和反射引发的朋友圈彩虹大赛

  继重庆人民朋友圈彩虹大赛之后,北京人民日前也展开了一场关于雨后彩虹的朋友圈激烈角逐。这个时候,除了将彩虹的照片拍得更漂亮,还有什么硬核知识点可以用于配文,从而在众多的参赛选手中脱颖而出,低调地“秀”一下呢!

  “每次拍彩虹,都只拍到一半”

  彩虹,简称虹,是气象中的一种光学现象。当太阳光照射到半空中的水滴,光线被折射和反射,就在天空上形成拱形的七彩光谱,由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、靛、蓝、紫七种颜色。事实上,彩虹有无数种颜色,因为在每两种颜色之间还有无数种细微差别的不同色号。并且,彩虹也不是半圆形的,它是个圆形。

  夏季傍晚的雨后,空气中布满了水汽,也就是无数个小水滴。当太阳光射入这些球形小水滴时,就会产生折射与反射。其中在42度角左右的阳光光线特别集中。当背对太阳时,在42度角左右的水滴们会将阳光集体“反射”回来进入眼睛,观察者就会看到彩虹。因为不同频率光的折射率有细微不同(在±1度之内),这就形成了彩虹不同的颜色。同时,同在42度角左右的水珠又都大致处于同一个圆面上,所以彩虹理论上拍出来应该是一个完整的圆环形状。

  在朋友圈照片中的彩虹都呈现半圆形,那是因为它还有一半在地面下方,被地平线挡住了。当太阳高度角够大,并且观察者处于彩虹上方时,就可能看到完整的圆形的彩虹,比如,在飞机上。

  “好漂亮的霓虹,颜色顺序相反”

  当阳光在水滴中经过2次折射、1次反射,投射到观察者眼中的光便是虹。当阳光在水滴中经过2次折射,2次反射,投射到观察者眼中的光便是霓。也可以说,霓是虹的高阶版本。

  据中科院物理所的相关人员透露,除了虹和霓以外,还有可能形成更高阶的彩虹。如果设定一阶彩虹是虹,二阶彩虹是霓,那么更高阶的彩虹就是光在水滴内发生了更多次的反射。理论上水滴内可以发生无穷多次反射,产生更多阶的彩虹,但是实际上三阶以上的彩虹很少被看到。这是因为每增加一次反射就会损失一部分光,所以高阶彩虹很黯淡,比较难发现。另外,三阶和四阶彩虹要面向太阳才能看见,强烈的太阳光使得本就黯淡的高阶彩虹更难被肉眼观察得到。

  所以,当朋友圈惊奇于看到“双彩虹”时,其中颜色比较暗淡的那条,不是虹,而是霓。并且,因为多了1次反射过程,霓的颜色顺序和虹是相反的。

  “这条彩虹,属于中老年虹了”

  已知彩虹的形成就是太阳光在天空中的小水滴里经过多次折射和反射,然后在特定42度角上色散后形成的七彩光。天空中所有满足这个特定角度的小水滴,连起来就是观察者看到的彩虹。所以,当彩虹形成的条件消失也就意味着彩虹的消失,比如观察者所在位置对应的满足条件的小水滴消失,或者阳光被遮蔽。

  举个例子,如果此时正好有一片云遮住了太阳,那么观察者眼中的彩虹就可能会变得颜色暗淡或消失。另外雨后大气中不同位置的雨滴蒸发快慢也影响着彩虹消失的顺序。雨后太阳重新出来烘烤大地时,由于上方的水滴相对下方的水滴蒸发更快,因此彩虹多数是从拱形的顶部开始消失的。当然,如果有其他天气因素影响的话,也可能使得空中各处水滴蒸发速度相差不大,整条彩虹就会以均匀的速度淡去。

  如果朋友圈里的照片,拍出来已经只剩下一条彩虹尾巴了,那就说明拍摄者看到彩虹的时间相对偏晚了。

  (本报综合)

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