[科普中国]-关于彩虹的三个为什么

雨过天晴，有时天边会出现一道彩虹。这道彩虹的背后其实蕴藏着丰富的知识。为什么雨后会出现彩虹？为什么彩虹由七种颜色构成？为什么彩虹的形状是弧形，而不是直线？下面就让我们一起揭开这座“七彩拱桥”的奥秘吧。

为什么雨后会出现彩虹？

彩虹是太阳光照射到空气中的水滴时，光线被折射及反射后所形成的一种光学现象。刚下完雨的空气中，会悬浮着许多小水滴，在太阳光的照射下，便产生了折射和内反射。而太阳的可见光——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色的波长不一样，当它们照射到空气中这些小水滴时，各色光被小水滴折射的程度也不同，因此被分解形成了七色光谱。彩虹的明显程度和小水滴的大小息息相关。小水滴的体积越大，我们肉眼所能看到的彩虹就越明显、越鲜亮；小水滴的体积越小，则越不明显。

为什么彩虹能拥有七种颜色？

要知道，看似透明的太阳光本身就拥有七种颜色，光的折射与反射令这七种颜色以“彩虹”的形态呈现。一般情况下，光是沿直线传播的，但当遇到了空气中的小水滴时就会发生折射，就如光线在水中也会产生折射一般。于是当阳光照射到小水滴时，看似透明的太阳光会先折射一次，然后在小水滴的背面发生反射，最后离开小水滴时再折射一次。于是小水滴就把阳光分解成了7种颜色的光，再加上光折射的角度因颜色的不同而不同，所以7种颜色会以不同的顺序排列起来，形成七色光带。

为什么彩虹是弧形的？

当一道光束碰到了水滴，通常会出现两种情况：一种是光可能畅通无阻，直接穿过去；另一种是它可能碰到水滴的前缘。在进入时，在水滴内部产生弯曲，接着从水滴后端反射回来，再从水滴前端离开，然后折射出来。光穿越水滴时弯曲的程度，是根据光的波长(即颜色)而定的。在七色光中，每种颜色的光都有对应的波长，且不同波长的光穿过水滴时会有不同的弯曲度。其中，红色光的弯曲度最大，橙色光与黄色光次之，依次类推，弯曲最少的是紫色光。此外，彩虹之所以是弯曲的，还与地球本身就是一个球体并且被厚厚的大气覆盖有关。

彩虹是大自然的巧妙一景，也是解释光学知识的活教材，民间还流传着许多和彩虹有关的气象谚语，如“东虹日头西虹雨”等，能够根据彩虹出现在天空中的位置，预测未来的天气。

本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓艳进行科学性把关。

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