彩虹到底是什么形狀

彩虹簡(jiǎn)稱為“虹”,是一種光學(xué)現(xiàn)象，那你有沒(méi)有想過(guò) 彩虹到底是什么形狀的呢?

當(dāng)太陽(yáng)光照射到空氣中的水滴時(shí)，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，一般為雨后常見(jiàn)。我們從地面上看，彩虹是一個(gè)拱形，但實(shí)際上它是一個(gè)完整的圓環(huán)，這是為什么呢?

彩虹形成的基本條件是水汽和太陽(yáng)光。下過(guò)雨后，空氣濕度較大，空氣中的水汽可以看做是無(wú)數(shù)個(gè)小水滴。小水珠在空氣中基本是個(gè)球形，它不管怎么翻過(guò)來(lái)滾過(guò)去，在空間中形狀始終不變。當(dāng)太陽(yáng)光射入小水滴時(shí)，會(huì)發(fā)生兩次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”現(xiàn)象。照射到小水珠上不同部位的太陽(yáng)光會(huì)產(chǎn)生不同的折射與反射路徑。

但不同角度的光線并不任意發(fā)散，而是似乎集中在某一個(gè)角度附近，這個(gè)角度在42度左右。

雖然棱鏡分解太陽(yáng)光時(shí)，每種顏色只被折射到一個(gè)固定的角度。但對(duì)于水珠，某種顏色的光會(huì)沿著0到42度的任意角度出來(lái)，只不過(guò)在42度附近亮度最大。

我們可以想象一下，當(dāng)我們拿著一粒水珠在太陽(yáng)光中移動(dòng)時(shí)，我們的視線和太陽(yáng)光之間的夾角逐漸增加。

當(dāng)夾角接近42度時(shí)，水珠變成明亮的紫色;

繼續(xù)增加這個(gè)角度，水珠的顏色逐漸向紅色方向變化;

等超過(guò)了可見(jiàn)光的范圍，水珠又會(huì)變成昏暗的。

所以當(dāng)天空中布滿了水珠時(shí)，有一部分水珠會(huì)把太陽(yáng)光折射反射再折射到我們的眼中，根據(jù)水珠與太陽(yáng)光以及我們眼睛的相對(duì)角度，每個(gè)水珠呈現(xiàn)出一種顏色。凡是相對(duì)于觀察者處于相同出射角，也就是說(shuō)呈現(xiàn)相同顏色的，都處于同一個(gè)圓上(確切說(shuō)是同一個(gè)錐面上)。

對(duì)觀察者來(lái)說(shuō)，相同折射角的水珠都處于一個(gè)圓面上，而相同折射角呈現(xiàn)的顏色相同，因而看到的相同顏色也是一個(gè)圓。這就是為什么說(shuō)彩虹是圓的原因。

我們?yōu)槭裁纯吹降氖莻€(gè)圓弧形呢？這是因?yàn)榱硪话氩屎绫坏孛鎿踝×恕?/p>

地球的表面是一個(gè)曲面，雨后空氣中的水汽也會(huì)按照地球的曲面分布，但身處地球之外看到的彩虹，應(yīng)當(dāng)是完整的圓環(huán)形狀。這種情形有時(shí)在飛機(jī)上可以看到。