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彩虹形成的原因有哪些

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  原因

  彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏鼒A形的小水滴,造成光的色散及反射而成的。陽光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射,在水滴內(nèi)也是以不同的角度反射。當(dāng)中以40-42度的反射最為強(qiáng)烈,形成人們所見到的彩虹。

  其實(shí)只要空氣中有水滴,而陽光正在觀察者的背后以低角度照射,便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午,雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出現(xiàn)。這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^暗。而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光,這樣彩虹便會(huì)較容易被看到。虹的出現(xiàn)與當(dāng)時(shí)天氣變化相聯(lián)系,一般人們從虹出現(xiàn)在天空中的位置可以推測(cè)當(dāng)時(shí)將出現(xiàn)晴天或雨天。東方出現(xiàn)虹時(shí),本地是不大容易下雨的,而西方出現(xiàn)虹時(shí),本地下雨的可能性卻很大。

  彩虹的明顯程度,取決于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(jī)會(huì)也少,所以冬天一般不會(huì)有彩虹出現(xiàn)。

  彎曲原因

  事實(shí)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(shí),陽光進(jìn)入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后離開水滴時(shí)再折射一次,最后射向人們的眼睛。

  光穿越水滴時(shí)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?yàn)樗畬?duì)光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,藍(lán)光的折射角度比紅光大。由于光在水滴內(nèi)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(lán)色光的折射角度只有40度,所以每種顏色在天空中出現(xiàn)的位置都不同。

  若用一條假想線,連接后腦勺和太陽,那么與這條線呈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(gè)弧。既然藍(lán)色與假想線只呈 40度夾角,所以彩虹上的藍(lán)弧總是在紅色的下面。

  倒掛的彩虹又是怎么回事?

  “環(huán)天頂弧”是氣象學(xué)中一種稀有現(xiàn)象,因?yàn)樗男纬晌恢孟喈?dāng)高,很少被人注意到,常被稱之為“倒掛彩虹”或“天空的微笑”, 它形成于和太陽同一側(cè)的天空,并且以不超過四分之一圓周的長度環(huán)繞天頂。

  天空晴朗,云層非常少,同時(shí)陽光還得以一定的角度照射在距離地面6100米-7625米的云層中的細(xì)小的冰晶上形成折射。同時(shí),云層中的冰晶表面一定得是彎曲的,且顆粒比鹽粒還要小。

  當(dāng)太陽身處天空下方,日光與冰晶扁平面相接觸時(shí),光線在每個(gè)晶體內(nèi)都發(fā)生了彎曲,折射出包括紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛藍(lán)、藍(lán)紫色等彩虹特有的七色光譜。

  由于卷云所含的冰晶粒子不斷移動(dòng)位置,因此環(huán)天頂弧現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間非常短暫。

  具體過程分解是這樣:

  形成環(huán)天頂弧的太陽光會(huì)從冰晶的平坦頂面進(jìn)入,從其中一個(gè)棱鏡面射出。幾乎平行的太陽光經(jīng)過角度90°的棱鏡折射后將是寬色分離和較單純的顏色。環(huán)天頂弧只能在太陽的仰角低于32.2°時(shí)形成。當(dāng)太陽的仰角在22°時(shí)的環(huán)天頂弧最明亮,因?yàn)檫@時(shí)的太陽光進(jìn)入和離開冰晶時(shí)的偏向角最小;這時(shí)形成的環(huán)天頂弧長度22°,寬度3°。環(huán)天頂弧的長度因?yàn)樘栄鼋堑牟煌?2.2°和0°之間變化,并且在這兩個(gè)極值的環(huán)天頂弧亮度會(huì)非常微弱。當(dāng)太陽的仰角高于32.2°,光線會(huì)從冰晶的底部離開,會(huì)形成幾乎只有單色的幻日環(huán)。

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