彩虹

彩虹，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灑水或噴灑水霧，亦可以製造人工彩虹。

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，總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用，不同頻率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。彩虹意旨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。 ^[2] 

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。

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） 敍述過更高階的虹，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準直良好的激光，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。

月虹，又稱晚虹，是一種非常罕見的現象，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。

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，然後經過水麪的反射。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）綵帶也是可能的。

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。 ^[2] 

雙子虹，它是Twinned bows的直譯，它們是本是同根生、分出兩叉的彩虹。 ^[3] 

透過濃霧陽光會產生白色的彩虹。霧滴的尺寸比雨滴小，因此並沒有把光線分解成色彩分明的數道光帶。霧滴產生的光帶寬度要寬得多，這些光帶重疊合併成白色光弧。 ^[4] 

在日出和日落時，陽光的傳播距離很長，所以綠色、黃色、甚至橙色也能被大量散射。只有紅色不被散射，於是產生了單色的紅色彩虹。 ^[4] 

虹的內側，逐級變窄、減弱的多層七彩序列輪迴，叫做附屬虹。

因為彩虹的美和它是個難以理解的現象，古人便以神話來解釋地球上有彩虹這一現象，所以彩虹在神話中佔有一席位。後來由伽利略研究對於光的特性之後，才能解釋彩虹這個現象。

1、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。

虹 （龍），龍的一種。

2、在希臘神話中，伊里斯（Iris）是溝通天上與人間的使者。

3、在愛爾蘭民間傳説中，矮精靈拉布列康（leprechaun）將寶藏收於彩虹的盡頭。

4、在印度神話中，彩虹是雷電神“因陀羅”（又譯作“帝釋天”）的弓，名為Indradhanush．

5、在北歐神話中，彩虹橋（Bifröst）連接眾神的領域“亞斯格特”（Asgård）和人類居所“中土世界”（Midgård）．也就是神和人類的交通要塞，透過彩虹橋可以往來。

6、在台灣太魯閣族、賽德克族、泰雅族中，彩虹的盡頭是祖靈的所在地。

7、在猶太教和基督教經典聖經創世記中耶和華讓諾亞建造方舟避開洪水，之後耶和華上帝以彩虹跟諾亞及其子孫立約，不再降大洪水來毀滅世界。 ^[5] 

彩虹是人們時常看到的一種自然界的光現象。很多人認為只有雨後才能出現彩虹。其實，這種看法是不全面的。雨後天空有時會出現彩虹，但是在陽光下，噴泉或瀑布的周圍也會出現彩虹；在夏天，街上奔跑的灑水車的後面，有時也會出現一段彩虹；用噴霧器在空中噴霧也可形成彩虹 ^[6]  。

在中學物理課上，有個光的色散實驗：取一個稜鏡，讓一束白光穿過狹縫射到稜鏡的一側面，通過稜鏡後，前進方向改變，在白色光屏上形成彩色光帶，順序是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。這與彩虹的顏色很相似。空氣中飄浮有大量的小水滴。當太陽光照射到這些小水滴上，一個個的小水滴就像稜鏡似地把白光分解成七種單色光，對陽光起分光色散作用 ^[6]  。

陽光射入小水滴，即從空氣這種媒質進入水這種媒質，發生一次折射，由於構成白光的各種單色光的折射率不同，紫光頻率最高，其折射率最大，紅光頻率最低，其折射率最小，其餘各色光則介乎其間。因此，光線在小水滴內產生分光現象，各色光同時在小水滴繼續傳播，遇到水滴的另一界面時被反射回來，重新經過小水滴內部，出來時再一次發生折射回到空氣中。這樣，陽光在小水滴中進行了兩次折射和一次全反射就被分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種單色光。當空氣中的小水滴數量很多時，陽光通過這些小水滴，經過反射和折射作用，射出來的光集中在一起，天空中美麗的彩虹就形成了 ^[6]  。

不管天氣如何，瀑布都將持續流動的溪水製造的薄霧反衝入空氣，且大氣層的飽和度持續推移。這就促成瀑布出色的攝影伴侶——彩虹的出現。在陽光明媚的日子，風激起海洋或湖水中的浪花，且當空氣中的水霧和濕度飽和時，會形成瀑布彩虹的一個變種“噴霧虹” ^[6]  。

平時，我們看到的多數是一條彩虹，視角(從地面至虹頂的角度)約42°。有時在彩虹的外邊還能看到一條顏色順序與這條彩虹恰好相反，且較暗一些的另一條虹，這條叫副虹。主虹是內紫外紅，副虹是內紅外紫，副虹又叫霓。霓與主虹為同心的圓弧，兩者之間天空比較暗，虹內、虹外天空比較明亮。霓的視角大約51°。它的成因與主虹基本相同。它是陽光在小雨滴中經過兩次反射和兩次折射而形成的，即折射——全反射——全反射——折射而形成的 ^[6]  。

副虹常伴隨主虹出現，它們通常比主虹細一些、暗淡些。主虹與次虹之間，那部分比周圍天空暗的區域被稱為 “亞歷山大帶”(即“暗帶”) ^[6]  。

在地平面上，我們看到的主虹與霓是半圓形的，那是因為它們下半部分被地面遮住了。若是站在高山頂上，就能看到主虹與霓的大部分。只有在晴朗的天氣時，在飛機艙中向下看，才能看到主虹與霓的全貌，即完整圓環 ^[6]  。

儘管常因地面的阻擋，令看到一個完整的彩虹非常困難，但實際上大部分可見的彩虹是呈正圓的弧(據笛卡爾稱，確切弧半徑為42度)。如果太陽的角度太大(例如在中午前後)，或太小(近日出或落日)，我們也不易看到虹，又因虹是陽光經小水滴反射進入我們眼睛的，所以彩虹永遠出現在太陽的對面，因此朝虹見於西方，夕虹見於東方。其出現以夏季為主 ^[6]  。

動力飛行器和空中攝影技術的出現，令眾人有機會目睹宏大的圓形彩虹。所以，我們在飛機或者高山上見到的，更應該是彩虹環，而不是像加了偏光鏡片的效果 ^[6]  。

這張照片是跳傘者從半空中拍攝的，可以看到一個完整的環狀彩虹。但是，飛機上看到的彩虹並非每次都是完整的環狀彩虹。跳傘者的高度較低，離地表較近，霧氣中水滴較大，能夠形成彩色虹。但飛機位於高空，高空中雲滴的直徑通常很小，因此通常看到的是白虹。不僅如此，只有當太陽位於天頂時才能看到標準的圓環狀虹，當太陽高度角大於42°小於90°時，看到的是橢圓形虹；當高度角小於42°時，看到的則是雙曲線弧段了 ^[6]  。

6月22日，琿春市城區上空出現雙彩虹 ^[7]  。

2020年9月3日，北京上空出現雙彩虹。 ^[1] 

持續時間最長的彩虹：2017年11月30日，中國文化大學大氣科學系的人員在中國台北陽明山上空連續觀測到一道彩虹，它持續時間為8小時58分。（吉尼斯世界紀錄） ^[8]