彩虹[雨後光學現象]

彩虹[雨後光學現象]

彩虹,又稱天弓(客家話)、天虹、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、紫 戴 八種顏色。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,但為了簡便起見,所以只用七種顏色作為區別。

基本信息

簡介

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。

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。

原理

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。

變化

多重彩虹

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。霓比虹暗弱,因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉,散布的區域也更為寬廣。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) 敘述過更高階的虹,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雷射,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,以氬離子雷射光束達到200階的虹。

反射虹和被反射虹

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,然後經過水麵的反射。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)彩帶也是可能的。

全圓彩虹

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。

神話及宗教中的彩虹

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,所以彩虹在神話中占有一席位。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、在愛爾蘭民間傳說中,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)連線眾神的領域“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。

參見

•日暈

•月暈

•日華

•月華

•折射

•衍射

•光

•霓虹

•彩虹旗

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