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彩虹出現的原理

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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

旋轉星空似彩虹 出現同心,但較暗的副虹(又稱“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,便形成人們常見的彩虹(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。

彩虹晚虹

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辨顏色,故此晚虹看起來好像是全白色的。

自然原理編輯 彩虹七色光原因

彩虹是因為陽光射到空中接近圓形的小水滴,造成光的色散及反射而成的。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射,在水滴內也是以不同的角度反射。當中以40-42度的反射最為強烈,形成人們所見到的彩虹。

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。虹的出現與當時天氣變化相聯絡,一般人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。一般冬天的氣溫較低,在空中不容易存在小水滴,下雨的機會也少,所以冬天一般不會有彩虹出現。

彩虹彎曲原因

事實上如果條件合適的話,可以看到整圈圓形的彩虹(例如峨眉山的佛光)。形成這種反射時,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,最後射向人們的眼睛。

光穿越水滴時彎曲的程度,視光的波長(即顏色)而定——紅色光的彎曲度最大,橙色光與黃色光次之,依此類推,彎曲最少的是紫色光。

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。

每種顏色各有特定的彎曲角度,陽光中的紅色光,折射的角度是42度,藍色光的折射角度只有40度,所以每種顏色在天空中出現的位置都不同。

若用一條假想線,連線後腦勺和太陽,那麼與這條線呈42度夾角的地方,就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個弧。既然藍色與假想線只呈 40度夾角,所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下面。

彩虹觀測歷史編輯 彩虹中國古代觀測

早在中國唐代時,精通天文歷算之學的進士孫彥先(孫思恭)便提出“虹乃與中日影也,日照雨則有之。”的說法,已解釋了彩虹乃是水滴對陽光的折射和反射。

多姿的彩虹 (20張)

孫彥先的發現後來也被宋代沈括的《夢溪筆談》所引用及證實,且沈括也細微地觀察到虹和太陽的位置與方向是相對的現象。孫彥先和沈括等人對虹的這些發現比西方早了幾百年。

彩虹西方觀測歷史

1307年時歐洲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。

後來牛頓以玻璃稜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才全部被發現。

彩虹傳奇色彩編輯 彩虹神話傳說

彩虹在神話中佔有一席位,是因為它的美和它是個難以理解的神奇現象。伽利略的關於光的特性專著出現之後,人們才能解釋彩虹這個現象。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。在中國,虹可以認為是雙頭蛇/龍,同時白虹經天等天象被認為是不吉的徵兆。在臺灣太魯閣族中,彩虹的盡頭是祖靈的所在地。

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在西方,希臘神話中,彩虹(Iris)是溝通天上與人間的使者;愛爾蘭民間傳說中,矮精靈(leprechaun)將寶藏收於彩虹的盡頭;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;北歐神話中,彩虹橋(Bifröst)連線神的領域“亞斯格特”(Asgård)和人類居所“中土世界”(Midgård)。

彩虹宗教意義

在猶太教和基督教經典聖經希伯來語部分,創世記記載上帝耶和華讓諾亞建造方舟毀滅世界。之後以彩虹跟諾亞及其子孫立約,再不降大洪水來毀滅世界。這是以歷史記載的資訊解釋地球上有彩虹這一現象的意義。

《聖經》:神曉諭挪亞和他的兒子說,我與你們和你們的後裔立約,並與你們這裡的一切活物,就是飛鳥,牲畜,走獸,凡從方舟裡出來的活物立約。我與你們立約,凡有血肉的,不再被洪水滅絕,也不再有洪水毀壞地了。神說,我與你們並你們這裡的各樣活物所立的永約,是有記號的。我把虹放在雲彩中,這就可作我與地立約的記號了。我使雲彩蓋地的時候,必有虹現之雲彩中,我便記念我與你們和各樣有血肉的活物所立的約,水就再不氾濫,毀壞一切有血肉的物了。虹必現之雲彩中,我看見,就要記念我與地上各樣有血肉的活物所立的永約。神對挪亞說,這就是我與地上一切有血肉之物立約的記號了。

在藏傳佛教當中 ,有一種與密宗修行有關的神秘現象,被稱為“虹化現象”。指的是,極少數有大圓滿修行境界的人在臨終的時候,身體會化成一道彩虹消失在空中。

彩虹相關知識編輯 彩虹其實並不像人們想象的那樣是半圓形的,而是一個完整的圓。也就是說,彩虹並沒有起點,也沒有終點。彩虹的圓心就是太陽與地球的垂直連線的中點,人們看到的彩虹只是彩虹的一部分,而剩餘的部分在地平線下,所以人們看不到。這也能夠解釋,為什麼有些彩虹很短,而有些彩虹卻是一個完整的半圓。當彩虹呈現完整的半圓時,太陽恰好在地平線上,這時彩虹的圓心正好位於觀察者的前方地平線上。當太陽高懸於天空上時,彩虹的圓心位於地平線下,這時人們只能看到很少的一段彩虹。(未完待續)

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