爲什麼下雨過後會有彩虹?

題目：

爲什麼下雨過後會有彩虹?

解答：

彩虹(Rainbow)是氣象中的一種光學現象.當陽光照射到半空中的雨點,光線被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光譜.彩虹七彩顏色,從外至內分別爲：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫.
彩虹是因爲陽光射到空中接近圓型的小水滴,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度的反射最爲強烈,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.因爲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.
其實只要有空氣中有水滴,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,天空的一邊因爲仍有雨雲而較暗.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,亦可以人工製造彩虹.
空氣里水滴的大小,決定了虹的色彩鮮艷程度和寬窄.空氣中的水滴大,虹就鮮艷.也比較窄；反之,水滴小,虹色就淡,也比較寬.我們面對著太陽是看不到彩虹的,只有背著太陽百能看到彩虹,所以早晨的彩虹出現在西方,黃昏的彩虹總在東方出現.可我們看不見,只有乘飛機從高空向下看,才能見到.虹的出現與當時天氣變化相聯繫,一般我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,下陣雨的機會也少,所以冬天一般不會有彩虹出現.
造成彩虹的光學原理很多時候會見到兩條彩虹同時出現,在平常的彩虹外邊出現同心,但較暗的副虹(又稱霓).副虹是陽光在水滴中經兩次反射而成.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.因爲有兩次的反射,副虹的顏色次序跟主虹反轉,外側爲藍色,內側爲紅色.副虹其實一定跟隨主虹存在,只是因爲它的光線強度較低,所以有時不被肉眼察覺而已.蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已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.後來牛頓以玻璃菱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全部被發現.
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