《科学画报》
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教你“捕捉”彩虹
2013-06-03 09:23:09文/上海市公共气象服务中心
大气中并非单调的蓝白组合，而是色彩斑斓，彩虹便是其中的佼佼者。“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞？”当然，彩虹并不如云朵一般常见。如何用眼睛“捕捉”这条横跨于天际的优美弧线，我们先从彩虹的“身世”入手了解它。
彩虹产生的条件
彩虹也被称为虹，是下雨天以及在雨后天晴之际，阳光穿过残余在空气中的小水滴而发生折射，散射出七彩的光芒。阳光在天空中行进时，遇到细小的水滴，极少部分光线被反射回空气中，大部分光线被折射进入水滴内。由于不同波长的光线在水滴表面折射时偏向的程度不同，于是，水滴内不同颜色的光线便被稍微分开。当光线第二次遇到水滴与空气的边界时，大部分光线很快又被折射出去，少部分光线则发生反射，继续在水滴内直线行进，直到第三次遇到水滴与空气的边界。此时，被折射出去的不同颜色的光线被分得更开，便可能会形成彩虹。
彩虹出现的时机
关于彩虹古书中有这样的记载，“清明三候，虹始见。若云薄漏日，日穿雨影，则虹见。”其实，只要满足“阳光加上大量小水滴”的条件，一年四季都可能出现彩虹。不过，冬季一般较冷，空气干燥，下雨概率低，阵雨就更少见，所以，冬天极少见到彩虹。当春季来临，特别是清明节气之后，暖湿空气逐渐加强，出现阵雨的概率也增多，彩虹的“登场”频率便增加起来。
夏天雨后最容易见到彩虹，这是因为夏天常常下阵雨，雨的范围不大，往往是这边天空在下雨，那边天空出太阳。此时，空气内尘埃少而且充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。如果你的头顶或身后的天空，没有被云遮挡，可以看见阳光，你就很容易看到彩虹。
另一个经常可以看见彩虹的地方是瀑布附近。瀑布倾泻而下，空气中存在大量小水滴，再伴有阳光的照射，彩虹就可能被“制造”出来了。
观赏彩虹的最佳位置
以梦幻般的色彩在天空之中划出优美的弧线，绚烂的彩虹自然是大家不想错过的美丽景象，当然也是众多摄影师追逐的“大片”。那么，究竟如何才能更好地观察到彩虹呢？
其实，彩虹并非出现在半空中的特定位置。彩虹所在的位置，会跟随观察者位置的改变而转移。不同人所看到的彩虹，是从不同的小水滴折射出来的。可以说，每个人都看到专属于自己的彩虹。
观察彩虹时，人必须背对太阳，这样才有机会看到阳光所形成的彩虹。根据计算，如果用一条假想线，连接你的后脑勺和太阳，那么眼睛沿着与这条线呈40°～42°的方向看出去，就可以看到彩虹。当太阳在空中高于42°时，彩虹的位置将在地平线以下，所以人们看不见。这也是为什么彩虹不会出现在中午的原因。另外，背对太阳时，所有同时进入眼中成固定夹角的光线是一个圆锥，因此所看到的彩虹是拱形。倘若在飞机上，还可能看见完整的圆形彩虹，而非拱形。
意想不到的“彩虹”奇观
双彩虹
很多时候，我们会见到两条彩虹同时出现，在平常的彩虹外边出现同心、但较暗的副虹（又称霓）。副虹的形成原理与彩虹的大致相同，是阳光在水滴中经两次反射而成。当阳光经过水滴时，它会被折射、反射后再折射出来。在水滴内经过一次反射的光线，便形成我们常见的彩虹（即主虹）。若光线在水滴内进行了两次反射，便会产生第二道彩虹（即霓）。霓的颜色排列次序和主虹相反，红色在内，紫色在外。由于每次反射均会损失一些光能量，因此霓的光亮度较弱。
“微笑彩虹”
挂在天空的“微笑彩虹”是一种由阳光折射形成的大气光学现象，称为环天顶弧。它是阳光以一定的角度照射在距离地面6000～8000米的高云中的细小冰晶上折射后形成的。当太阳身处天空下方，日光与冰晶扁平面相接触时，光线在每个晶体内发生弯曲，并折射出七色光谱，颜色排列方式是紫色在最上面，红色在最下面，刚好和彩虹相反。
“微笑彩虹”并非真正意义上的彩虹。它形成的条件是天空晴朗、云层非常少，同时阳光还得以一定的角度照射一定高度云层中的细小的冰晶上形成折射。云层中的冰晶表面一定得是弯曲的，且颗粒比盐粒还要小。
环天顶弧是正常的大气光学现象，一年四季皆有。在极为寒冷的极地地区，环天顶弧比彩虹更为常见，但在气候较为温和的地区则较为罕见。
“火焰彩虹”
“火焰彩虹”又称为环地平弧。环地平弧的形成原理与环天顶弧相似，均为阳光照射高层大气中的冰晶形成折射而产生的。不同的是，环地平弧的入射光从冰晶的上面进入，因此折射出来的颜色排列方式与环天顶弧相反，紫色在最下面，红色在最上面。
环地平弧必须在太阳距离地平线至少58°时才会出现，但是在中纬度地区，太阳仅在6月和7月初才能到达此高度，且仅限于日中前后数小时内。所以，环地平弧是一种发生概率极低的罕见大气光学现象。
月虹
月虹是在月光下出现的彩虹，又叫黑夜彩虹、黑虹。由于是由月照所产生的虹，故通常只见于夜晚。而且由于月照亮度较小的关系，月虹也通常较为朦胧，且通常出现于月亮反方向的天空，在接近满月的时候最容易观测到。夜间虽然没有太阳，但如果有明亮的月光，大气中又有适当的云雨滴，便可形成月虹。由于月虹的出现需各种天气因素的配合，所以是非常罕见的自然现象。在世界上许多地方都能观看到月虹的景象，但是在瀑布附近更能经常看到月虹，比如位于美国肯塔基州的坎博兰瀑布，位于非洲赞比亚和津巴布韦之间的维多利亚瀑布。
