彩虹的形狀為什么是一個完整的圓環呢？

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2021年08月10日

彩虹

簡稱為“虹”

是一種光學現象

那你有沒有想過彩虹到底是什么形狀的呢？

當太陽光照射到空氣中的水滴時，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。我們從地面上看，彩虹是一個拱形，但實際上它是一個完整的圓環，這是為什么呢？

彩虹形成的基本條件是水汽和太陽光。下過雨后，空氣濕度較大，空氣中的水汽可以看做是無數個小水滴。小水珠在空氣中基本是個球形，它不管怎么翻過來滾過去，在空間中形狀始終不變。當太陽光射入小水滴時，會發生兩次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”現象。照射到小水珠上不同部位的太陽光會產生不同的折射與反射路徑。

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

雖然棱鏡分解太陽光時，每種顏色只被折射到一個固定的角度。但對于水珠，某種顏色的光會沿著0到42度的任意角度出來，只不過在42度附近亮度最大。

我們可以想象一下，當我們拿著一粒水珠在太陽光中移動時，我們的視線和太陽光之間的夾角逐漸增加。

當夾角接近42度時，水珠變成明亮的紫色；

繼續增加這個角度，水珠的顏色逐漸向紅色方向變化；

等超過了可見光的范圍，水珠又會變成昏暗的。

所以當天空中布滿了水珠時，有一部分水珠會把太陽光折射反射再折射到我們的眼中，根據水珠與太陽光以及我們眼睛的相對角度，每個水珠呈現出一種顏色。凡是相對于觀察者處于相同出射角，也就是說呈現相同顏色的，都處于同一個圓上（確切說是同一個錐面上）。

對觀察者來說，相同折射角的水珠都處于一個圓面上，而相同折射角呈現的顏色相同，因而看到的相同顏色也是一個圓。這就是為什么說彩虹是圓的原因。