長虹飲澗

長虹飲澗(1張)

沈括（1031－1095），字存中，號夢溪丈人，杭州錢塘（今浙江杭州）人，北宋科學家、改革家。晚年以平生見聞，在鎮江夢溪園撰寫了筆記體鉅著《夢溪筆談》。一位非常博學多才、成就顯著的科學家，我國曆史上最卓越的科學家之一。精通天文、數學、物理學、化學、地質學，氣象學、地理學、農學和醫學；他還是卓越的工程師、出色的外交家。

長虹飲澗：彩虹搭在大河上。

世傳虹能入溪澗飲水，信然。熙寧①中，予使契丹②，至其極北黑水（14）境永安山下卓帳③。是時新雨霽④，虹下帳前澗中。予與同職扣⑤澗觀之，虹兩頭皆垂澗中。使人過澗，隔虹對立，相去（12）數（13）丈，中間如隔綃觳⑥。自西望東則見⑦，蓋夕虹也。立澗之東西望，則為日所鑠⑧，都無所睹。久之，稍稍正東。逾⑨山而去⑩。次日行一程，又復見之。 孫彥先⑾雲：“虹乃雨中日影也，日照雨則有之。”

(選自宋·沈括《夢溪筆談之卷二十一》)

①熙寧：宋神宗趙頊的年號（1068到1077）

②契丹：宋時北部少數民族政權。③卓帳：建起帳篷。卓，直立。

④霽：雨後初晴。

⑤扣：通“叩”，意思是靠近。

⑥綃觳：絲綢和紗的代稱。

⑦見：通“現”，意思是出現。

⑧鑠：通“爍”，意思是閃爍。

⑨逾：向，跨越。

⑩去：消失。

⑾孫彥先：與沈括同時的科學家.

（12）去：距離。

（13）數：大約，大概。

（14）黑水：今遼寧昭烏達盟林西縣和克什克騰旗境內。

人們相傳虹能到溪流或山澗裏喝水，確實是這樣。熙寧（宋神宗年號）年間，我出使契丹，到了極北方黑水境內的永安山下建起帳篷。那時剛好雨後初晴，看見彩虹出下垂帳篷前的山澗中，我和同伴靠近山澗觀賞它，看到一條虹的兩端都垂到澗中。（我）叫人越過山澗，隔着虹相對站立，距離大概有幾丈，中間如隔着一層絲綢或者紗（這一類的東西）。當站在澗的西邊往東看就能看見，原來是夕虹（傍晚的虹）。當站在澗的東邊往西看，就被太陽閃爍 了（太陽耀眼），什麼也看不見。過了很久虹稍微偏向正東方，越過山峯消失了。第二天走了一段路，又看到了虹。孫彥先説：“虹乃是雨中的日光影像，日光照在雨珠上就有虹出現。”

“鑠”通“爍”，意思是 閃爍 。

“見”通“現”，意思是 出現 。

“扣”通“叩”，意思是 靠近 。

唐朝張騖《朝野僉載》：“趙州橋望之如初月出雲,長虹飲澗”。

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，其他顏色在下。

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云的遮擋而可見陽光，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，亦可以人工製造彩虹。

空氣裏水滴的大小，決定了彩虹的色彩鮮豔程度和寬窄。空氣中的水滴大，虹就鮮豔，也比較窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們面對着太陽是看不到彩虹的，只有揹着太陽才能看到彩虹，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。一般冬天的氣温較低，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。

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，會隨着觀察者而改變。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，顏色為七色，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辦顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。

雙彩虹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、反射後再折射出來。在水滴內經過一次反射的光線，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。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。