[彩虹，又稱天穹、天虹、天弓、絳等，簡稱虹，是氣象中的一種光學現象，當太陽光照射到半空中的水滴，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，由外圈至內圈呈紅、橙、黃、綠、藍、靛藍、堇紫七種顏色[1]（霓虹則相反）。事實上彩虹有無數種顏色，比如，在紅色和橙色之間還有許多種細微差別的顏色，根據不同的文化背景被解讀為3-9種不等，通常只用六七種顏色作為區別[2]。國際LGBT聯盟的彩虹旗為六色：紅橙黃綠藍紫。紅橙黃綠藍靛紫的七色説，就是在六色基礎上將紫色分出偏藍色的靛。現代中國民間的七色劃分往往是來自毛澤東詩詞中的：赤橙黃綠青藍紫[3]，青色這裡指偏藍的綠色，即英文的cyan，和中國傳統的青色含義不同。要是把橙色也分為偏紅、偏黃的兩種就是九色。三色説有：紅綠藍，就是光學三原色，所有顏色的光都是這三種顏色混合出來的[4]，和亞裏斯多德紅、綠、藍三色説，就是兩頭加中間[5]。\n若空氣中有水滴，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，亦可以製造人工彩虹。\n月虹，又稱晚虹，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。\n彩虹是因為陽光射至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，總共經過一次反射兩次折射。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，紅光的折射率比藍光小，而藍光的偏向角度比紅光大。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。因此，彩虹和霓虹的高度不一樣，顏色的層遞順序也正好反過來。彩虹為光線經過兩次折射、一次反射，霓虹則是光線經過兩次折射、兩次反射。\n彩虹形成角度可以用上圖粗略計算得到。’, ‘\n設入射光在高度上的分佈是均勻的，忽略界面處的損失，則光強最強的角度出現在滿足條件\n取水的折射率\n\n\n\nn\n=\n1.33\n\n\n{\displaystyle n=1.33}\n\n，可得極大值出現在\n處，此時\n視線與入射光夾角\n\n\n\n4\nr\n−\n2\ni\n=\n\n42.5\n\n∘\n\n\n\n\n{\displaystyle 4r-2i=42.5^{\circ }}\n\n，進一步計算可知，當\n\n\n\nn\n\n\n{\displaystyle n}\n\n在1和2之間時，此角度隨折射率的增大而減小，這可以解釋為什麼虹的外圈是紅色而內圈是紫色。\n「霓」是與「虹」相對應的一種自然現象。虹是下雨天以及在雨後天晴之際，陽光穿透還殘餘在空氣中的水珠而發生折射，散射出七彩的光芒。彩虹形狀多為弧形，出現在和太陽相對著的方向，從外（半徑大的）弧至內弧的顏色依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。霓也叫「副虹」，形成與彩虹原理大致相同，只是光線在水珠中的反射多了一次，彩帶排列的順序和彩虹相反，紅在內，紫在外。而彩虹和霓主要也是因為折射和反射的次數上之差別，導致色彩的排列剛好相反。\n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，會隨著觀察者的位置改變而轉移。而一般看到彩虹也可能只是一半，並非全部（一座橋樣），主要也因為區域性的氣候上水氣濕度差別的影響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。這亦是為甚麼彩虹不會出現在中午的原因，主要和太陽光入射的角度有絕對的關係。\n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。倘若在夠高處，會看見彩虹會是完整的圓形而不是拱形。\n早在中國唐朝，孔穎達就提出了「若雲薄漏日，日照雨滴則虹生」，表明了虹是日光照射雨滴所產生的自然現象。其後，張志和還進行了人工造虹的試驗，證實了虹的產生是陽光通過水滴的結果。他還指出，要看到虹必須「背日」[6]。北宋時,精通天文曆算之學的進士孫彥先便提出「虹乃雨中日影也，日照雨則有之。’, ‘\n」的説法，已解釋了彩虹乃是水滴對陽光的折射和反射[7]。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[8]。孫彥先和沈括等人對虹的這些發現比西方早了幾百年。1304年至1310年間，歐洲多明我會修士迪特里希·馮·弗賴貝格（Dietrich von Freiberg）通過把注滿水的圓形玻璃瓶置於太陽光下，研究虹的形成機理。他使用注滿水的玻璃瓶，不是將它看成縮微的雲，而是看成放大的水滴。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。\n後來牛頓以三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。\n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°[9]。兩次反射的結果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，藍色在外而紅色在內。霓比虹闇弱，因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉，散佈的區域也更為寬廣。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。\n彩虹的形成是一種自然的光學現象，簡單點説：我們在風雨過之後見到的彩虹，是因為陽光照射到空氣中接近圓形的小水滴，然後造成光的色散和反射形成的。當陽光攝入水滴時就會以不同角度的入射點，而小水滴內也是不同角度進行反射，當中的40——42度的反射最強烈，這樣就會形成我們平時看到的彩虹。彩虹形成的原理：當太陽光照射到空氣中的水滴時，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，雨後常見。夏日，雨後初晴，陽光明媚。瞬間，天空中出現一道彩虹，它是一道橫跨天空的七色彩帶，紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，宛如一座彩色的拱橋飛架天空。 天空中為什麼會出現五顏六色的彩虹呢？彩虹的色彩主要源於三稜鏡對白光的色散效應而解析成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等可分辨的7色。霓由於2次內反射，色序相反。通常雨滴越大，虹越鮮豔明亮。雨滴大小不同，可以造成虹的顏色變化，甚至出現白虹。由於同一時刻，空中雨滴大小並不完全一致，即使在同一虹中，甚至同一彩色光環中，它的顏色、亮度都可能有變化。’, ‘\n\t9月3日，北京喜現雙彩虹美景在朋友圈刷屏。雖然彩虹是一種很常見的自然景象，但即便如此，每當雨後天空中升起美麗的彩虹時，仍能吸引大家的目光，而極為少見的雙彩虹更是足夠“吸睛”。\n\t那麼，雙彩虹究竟是怎樣形成的？為什麼很多時候，我們隻能看到一道彩虹？記者採訪了湖北省農業氣象專家黃智敏，就這些問題一一作了解答。\n\t黃智敏説，空氣濕度較大時，空氣中的水汽可以看做是無數個小水滴。當太陽光射入小水滴時，會發生兩次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”現象。\n\t太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色組成的，當照射到水滴上時會出現第一次折射，由於這7種顏色光的波長不同，它們的偏向角度也會不同，這時太陽光就會分解為7種單色光﹔折射後的單色光到達水滴的背面後，會按照反射規律發生反射﹔反射後的單色光將回到入射水滴的這一面，這時將發生第二次折射，並仍然以單色光的形式射出水滴。\n\t波長最短的紅光，在水珠中的折射率最小，使得其出射光線與入射光線構成最大夾角，而波長最短的紫光，在水珠中的折射率最大，使其折射光線與入射光線構成最小夾角，其他光依序在其中分佈，人們肉眼見到的就是外紅內紫的“虹”。\n\t當我們在天空中看到“虹”時，就説明太陽光在水滴內進行折射和反射，也就意味著“霓”的存在。霓的形成與虹相似，只是太陽光在水滴內經歷了兩次折射和兩次反射，即“折射—反射—反射—折射”，由於相比虹的形成多了一次反射過程，其折射率最小的紅光出射光線方向與入射方向成最小夾角，折射率最大的紫光出射方向與入射方向成最大夾角，最終我們看到的色彩排序就會恰好相反，呈現紅色在內、紫色在外的形式。\n\t但是太陽光經過水滴後發生兩次反射的情況較發生一次反射的情況光能量損失很多，因而霓的亮度比虹的亮度暗得多，一般不容易被人們觀察到。\n\t所以，隻有當光的能量足夠大或者能量損失足夠小的時候，我們才能看到霓。若均可見，由於虹的角半徑為42度左右，霓的角半徑為52度左右，故霓在虹之上並與之平行。當虹和霓共同被我們看到時，就呈現出了美麗的雙彩虹景象。\n\t理論上來講，太陽光是可以在小水滴裡進行多重反射的。但是由於每一次反射都會導致光的吸收和光的減弱。所以通常我們最多隻能看到兩條彩虹。’, ‘\nt彩虹和霓虹管之間的區別顯示了光在水滴中折射次數不同。彩虹是由兩個折射和一次反射引起的，而霓虹管則由兩個折射和兩次反射引起的。這個額外的反射會導致霓虹管的亮度降低和顏色的反轉。然而，在觀看太陽和水滴之間的相對位置時，觀測者可以同時看到彩虹和霓虹。\n\n實驗證明瞭彩虹的產生是由於陽光通過水滴，由牛頓用三稜鏡演示出的光譜包含所有顏色。為了理解如何創建彩虹，重要的是要瞭解光如何在水滴中折射和反射。當陽光射向一個水滴時，它首先會折射，這會改變光線的傳播方向。然後，光線會在水滴中反射，這會進一步改變光線的方向。最後，光線離開水滴時會再次折射。\n\n彩虹的形成有很多因素，包括水滴的大小。較大的水滴產生更鮮豔的彩虹，而較小的水滴產生較淺的彩虹。此外，水滴的大小可以影響彩虹的顏色，例如，較大的水滴產生紅色的外層，而較小的水滴產生紫色的外層。由此可以肯定地説，雨後的天空中存在著不同大小的水滴。\n\n彩虹一直以來都是人類着迷的事情，從文學到繪畫再到歌曲，在文化中佔有重要地位。它們被視為希望和新開始的象徵，特別是在經歷過暴風雨後。不管它們的象徵意義如何，彩虹都是一種令人驚嘆的自然現象，它們的科學和美麗讓人驚嘆。\n\n最後，要理解彩虹需要考慮幾個關鍵點。首先，彩虹是由光的折射和反射引起的，其次，水滴的大小會影響彩虹的顏色和亮度，最後，彩虹是文化中常見的象徵，代表著希望和新開始。通過理解這些關鍵點，將能更加欣賞彩虹的美麗和神奇。’]
彩虹出現的原因
彩虹的繽紛色彩是由光線經由水滴折射、反射和色散而形成的自然現象。當陽光穿過水滴時，會發生以下過程：
光線折射
當光線從空氣進入水滴時，會發生折射，即光線改變方向。折射角的大小取決於介質的折射率。水滴的折射率高於空氣，因此光線進入水滴後會朝法線彎曲。
光線反射
光線在穿過水滴時發生折射後，會在水滴的後表面發生反射。
光線色散
當白光進入水滴時，不同波長的光線會發生不同的折射角。波長較短的藍光折射角較大，而波長較長的紅光折射角較小。結果，白光在穿過水滴後會分解成一組不同顏色的光線。
彩虹的形成
反射後的光線從水滴中穿出，再次發生折射。由於光的色散，不同波長的光線折射角不同，因此會形成一條由紅到紫排列的彩色圓弧。彩虹通常出現在太陽對面的天空，並且觀察者的頭部位置必須在太陽和水滴之間。
影響彩虹形狀和位置的因素
彩虹的形狀和位置會受以下因素影響：
| 因素 | 影響 |
|---|---|
| 水滴大小 | 較小的水滴形成較窄的彩虹，而較大的水滴形成較寬的彩虹。 |
| 太陽高度 | 太陽高度角越低，彩虹弧度越大，位置越低。 |
| 觀察者位置 | 觀察者必須背對太陽，才能看到彩虹。 |
| 水滴分佈 | 水滴分佈得不均勻會導致彩虹不完整或斷裂。 |
彩虹的其他類型
除了常見的主彩虹之外，還有以下幾種類型彩虹：
- 副彩虹：主彩虹外側的較弱彩虹，顏色順序與主彩虹相反。
- 環狀彩虹：當陽光穿過水平方向的水滴時形成的圓弧，而不是彩色圓弧。
- 月彩虹：當月光穿過水滴時形成的彩虹，較為罕見，但原理與陽光彩虹相同。
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