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彩虹是怎么形成的?

发表于 2022-1-9 10:56:58
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什么是彩虹?
彩虹是一种多色的弧形现象,可以出现在天空中。彩虹的颜色是由光通过大气中的水滴反射和散射而产生的。观察者可能会感知到彩虹位于近处或远处,但这种现象实际上并不位于任何特定位置。相反,彩虹的出现完全取决于观察者相对于光的方向的位置。从本质上讲,彩虹是一种视错觉。

彩虹呈现出由七种颜色按特定顺序组成的光谱。事实上,许多英语国家的学童都被教导要记住“Roy G. Biv”这个名字,作为记住彩虹颜色及其顺序的助记符。“Roy G. Biv”代表:红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝和紫罗兰色。彩虹弧的外缘是红色,而内缘是紫罗兰色。

彩虹是怎么形成的?
当光(通常是阳光)穿过悬挂在大气中的水滴时,就会形成彩虹。光波在穿过水滴时会改变方向,从而产生两个过程:反射和折射。当光从水滴上反射时,它只是从其起源的相反方向反弹回来。当光线折射时,它会采用不同的方向。有些人将折射光称为“弯曲光波”。彩虹的形成是因为白光进入水滴,并在水滴中向几个不同的方向弯曲。当这些弯曲的光波到达水滴的另一侧时,它们会从水滴中反射回来,而不是完全穿过水。由于白光在水中被分离,折射光在人眼中表现为不同的颜色。

彩虹的颜色
每个单独的颜色波都有不同的长度。例如,红光具有最长的波长,并且仅以大约 42 度角弯曲。相比之下,紫光的波长最短,在离开水滴之前会弯曲约 40 度。因为红光波长较长,所以最常出现在彩虹的外侧边缘。同样,其他颜色也根据其波长排序。其他光波也从彩虹反射,但是,这些光波是肉眼看不见的。这些不可见的光线存在于彩虹的两侧。紫外线比紫光短,X 射线甚至比紫外线短。伽马辐射处于彩虹这一侧的最极端。

彩虹的类型
彩虹以多种方式形成。下面重点介绍了一些不同类型的彩虹:

双彩虹
当第二条彩虹在主彩虹上方可见时,就会出现双彩虹。第二道彩虹不如第一道亮。这种现象是通过双重反射实现的,它导致第二道彩虹的颜色顺序颠倒。

月弓
尽管大多数彩虹与阵雨后立即出现的阳光有关,但有些彩虹是由月光产生的。月虹不如日光彩虹常见。这些错觉只能在世界的某些地区看到,通常是瀑布所在的地方。在这些瀑布底部形成的喷雾中经常可以看到月弓。此外,月弓通常需要满月的光线可见。大多数人认为月弓完全是白色的。

雾弓
就像通常出现在瀑布喷雾中的月弓一样,在薄雾和大量阳光下可以看到雾弓。在这种情况下,光会从密集的水粒子集合中反射出来,从而形成宽而明亮的彩虹。雾弓几乎全是白色的。出现这种白色外观是因为每个光波都投射在非常宽的区域上。这些宽条纹往往混合在一起,形成白色。然而,有时可以在雾弓的边缘看到红色和蓝色的条纹。

倒影彩虹
在大型静止水域(例如湖泊)上方可以看到反射彩虹。当在水面上可以看到主彩虹时,就会发生这些反射。水反射主彩虹,在主彩虹上方形成第二道彩虹。这条次级彩虹只是颜色的反射,比初级彩虹要暗一些。它的形状呈细长形,通常以直线向上延伸,而不是弧形。这两道彩虹似乎都接触到了与地球相交的地方,从而形成了这一现象的更宽更亮的部分。反射彩虹并不常见。

反射彩虹
反射彩虹类似于反射彩虹,因为它出现在一大片静止的水中,尽管有些人报告说在较小的静止水中也观察到反射彩虹。这两种彩虹的区别在于反射不是投射到天空中,而是投射在水面上。这些彩虹是光波穿过大气中的水滴并在水面反射时形成的。主彩虹和反射彩虹的端点似乎都在水中接触,但两者并没有形成一个完整的圆。相反,反射的彩虹与天空中的彩虹形成一个细长的椭圆形形状。

单色彩虹
顾名思义,单色彩虹呈现一种纯色,而不是通常在彩虹中观察到的全光谱。这种现象产生了坚实的红色彩虹。在接近日落或日出的降雨后,这些彩虹更常见。在这些时间,阳光深入大气层,导致绿色和蓝色光波传播到更广泛的区域,没有这些颜色的红色光波能够主宰天空。单色彩虹被认为是一种罕见的现象。

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