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  彩虹是因為陽光射至空中接近球形的小水滴,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度的反射最為強烈,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,總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,紅光的折射率比藍光小,而藍光的偏向角度比紅光大。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。因此,彩虹和霓虹的高度不一樣,顏色的層遞順序也正好反過來。彩虹意旨光線經過兩次折射一次反射,霓虹則是光線經過兩次折射兩次反射。  彩虹形成角度可以用上圖粗略計算得到。設入射光在高度上的分佈是均勻的,忽略介面處的損失,則光強最強的角度出現在滿足條件  formula_1  的入射角formula_2處。由折射定律  formula_3  可得取得極值時  formula_4.  取水的折射率formula_5,可得極大值出現在  formula_6  處,此時  折射角formula_7  偏轉角formula_8  視線與入射光夾角formula_9,進一步計算可知,當formula_10在1和2之間時,此角度隨折射率的增大而減小,這可以解釋為什麼虹的外圈是紅色而內圈是紫色。 “霓”是與“虹”相對應的一種自然現象。虹是下雨天以及在雨後天晴之際,陽光穿透還殘餘在空氣中的水珠而發生折射,散射出七彩的光芒。彩虹形狀多為弧形,出現在和太陽相對著的方向,從外(半徑大的)弧至內弧的顏色依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。霓也叫“副虹”,形成與彩虹原理大致相同,只是光線在水珠中的反射多了一次,綵帶排列的順序和彩虹相反,紅在內,紫在外。而彩虹和霓主要也是因為折射和反射的次數上之差別,導致色彩的排列剛好相反。  彩虹其實並非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象,彩虹看起來的所在位置,會隨著觀察者的位置改變而轉移。而一般看到彩虹也可能只是一半,並非全部(一座橋樣),主要也因為區域性的氣候上水汽溼度差別的影響當觀察者看到彩虹時,它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央,其實是被水滴反射,放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置,剛好是觀察者頭部影子的方向,虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高於42度時,彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為什麼彩虹不會出現在中午的原因,主要和太陽光入射的角度有絕對的關係。  彩虹由一端至另一端,橫跨84°。以一般的35mm照相機,需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上,會看見彩虹會是完整的圓形而不是拱形。  早在中國唐朝,孔穎達就提出了“若雲薄漏日,日照雨滴則虹生”,表明了虹是日光照射雨滴所產生的自然現象。其後,張志和還進行了人工造虹的試驗,證實了虹的產生是陽光通過水滴的結果。他還指出,要看到虹必須“背日” 。北宋時,精通天文歷算之學的進士孫彥先便提出“虹乃雨中日影也,日照雨則有之。”的說法,已解釋了彩虹乃是水滴對陽光的折射和反射 。孫彥先的發現後來也被宋代沈括的夢溪筆談所引用及證實,且沈括也細微地觀察到虹和太陽的位置與方向是相對的現象。孫彥先和沈括等人對虹的這些發現比西方早了幾百年。1304年至1310年間,歐洲多明我會修士迪特里希·馮·弗賴貝格(Dietrich von Freiberg)通過把注滿水的圓形玻璃瓶置於太陽光下,研究虹的形成機理。他使用注滿水的玻璃瓶,不是將它看成縮微的雲,而是看成放大的水滴。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。  後來牛頓以三稜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才全部被發現。

  

  大多數人因為沒有積極的去觀察而不會注意到霓,霓是經常出現在主虹外側昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生的,出線的角度在50–53°(參看)。兩次反射的結果,使得霓的色彩排列和虹的弧相反,藍色在外而紅色在內。霓比虹闇弱,因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉,散佈的區域也更為寬廣。在虹與霓之間未被照亮的天空,因為是亞歷山大最先描述的,所以被命名為亞歷山大帶。  更暗的第三道虹,甚至第四道虹,都曾經被拍攝過。這些是陽光在雨滴內經過三次或四次反射造成的。這些虹都出現在與太陽同一側的天空,第三道和太陽相距約40°,第四道則約為45°。因為陽光的關係,用肉眼很難看見。  Felix Billet (1808–1882) 敘述過更高階的虹,他描繪出第19道虹的位置,並稱此種模式為"彩虹玫瑰"。在實驗室內,使用更明亮的光線和準直良好的鐳射,可以觀察到更高階的虹。據報吳等多人在1998年使用類似的方法,以氬離子鐳射光束達到200階的虹。

  當彩虹出現在水面的物體上時,來自不同光路互補的兩個鏡弧可能分別出現在水面上和水面下。它們的名稱略有不同,如果水面是平靜的(參件上方的圖片)被反射虹將呈現映象出現在水面的地平線下方。陽光在抵達觀測者之前首先受到雨滴的偏折,然後經過水麵的反射。被反射虹,至少是一部分,經常可見,甚至在小水坑都可見。  當陽光在抵達雨滴前先被水面反射(參見圖),它可能生成反射虹(見右圖),如果水面夠大,整個表面也是平靜的,並靠近雨幕,反射虹便可能出現在地平線之上。它與正常的彩虹交會在地平線處,並且它的弧會在天空的較高處,因為它的中心在地平線之上,而正常彩虹的中心在地平線之下。由於需要上述條件的配合,反射虹是很罕見的。  如果反射的弧再被反射,並且霓反射弧和他的反射弧同時都出現,同時出現6條(或是8條)綵帶也是可能的。

  全圓彩虹導因於雨滴對陽光的「內反射」所造成的,因為雨滴和空氣的折射率不同導致。

  因為彩虹的美和它是個難以理解的現象,古人便以神話來解釋地球上有彩虹這一現象,所以彩虹在神話中佔有一席位。後來由伽利略研究對於光的特性之後,才能解釋彩虹這個現象。

  「𧈫」與兩頭蛇  《海外東經》雲「𧈫𧈫...各有兩首」郭璞雲「音虹」。「𧈫」即「虹」的異體字。古人以為是天上的怪物,故其字從「蟲」,又謂之「蝃𬟽di4 dong1」,《詩經·鄘風·蝃𬟽》雲「蝃𬟽在東,莫之敢指」。「莫之敢指」表明了人們對它的敬畏之心。認為“虹”是雙頭蛇或龍,有巨口,專門在雨後出來飲水。殷墟卜辭中提到「已有出虹自北,飲於河」,說明商朝人認為虹是活物。甲骨文中的「虹」正作雙頭蟲形,寫作 。彩虹被視作三月的標誌,是因為在穀雨時分,春夏之交,禾苗始盛,彩虹開始漸漸出現。“  到了秦朝,「虹」字開始發生明顯的改變。一條有尾巴的雙頭蛇取代了原來那條兩端都長著頭的巨蟲,又增加了“申”來表示閃電,造出了一個左右結構的會意字。閃電之後有降雨,而“虹”是在雨後出現,新字形強調了“虹”和雨的關係。這是通行於秦國的籀文,也叫大篆。晚些時候的秦國石鼓文又別出機杼,將雙頭蛇寫作“蟲”,又用“工”來表示其巨大,造出了“虹”字,一舉奠定了後來的格局。需要注意的是,戰國時期的諸侯國大多有自己的文字系統,但誰的拳頭大,誰就說得算。秦朝建立了,然後......  《釋名·釋天》雲「其見每於日在西而見於東,啜飲東方之水氣也」明確了「虹」與「日」方位相對的概念,同時延續著先民「虹飲於河」的認知。後者直到北宋真宗年間,還有人撰文力證之。《茅亭客話》雲「韋中令鎮蜀之日,與賓客宴於西亭,或暴風雨作,俄有虹霓(ní)自空而下,直入於亭,垂首於筵(yán)中,吸其食饌(zhuàn)且盡焉。其虹霓首似驢,身若晴霞狀,公懼且惡之......旬餘就拜中書令」高朋滿座,忽有暴風雨襲來,然後一隻驢頭竄入酒席上方,把吃的喝的一掃而光......畫面太美,主人驚懼交加。但畢竟是個神屬性,所以,它的出現表示吉兆降臨,主人升了官。  沈括在出使契丹途中,看到了「虹能入溪澗飲水」的奇異景象,後來在《夢溪筆談》中寫到「是時新雨霽,見虹下帳前澗中,餘與同職扣澗觀之,虹兩頭皆垂澗中」他通過近距離觀察,驗證了同時代科學家孫彥先的觀點「虹乃雨中日影也,日照雨則有之」”  「𧈫」的生殖崇拜  後來古人注意到,彩虹有時成雙成對地出現,一個在上,一個在下,而且兩者顏色的順序相反:一個紅色在外、紫色在內、色彩鮮豔,另一個紅色在內、紫色在外、顏色暗淡一些。於是古人繼續展開他們神奇的想象力: 根據陰陽學說,顏色順序相反意味著陰陽屬性相反,一個為陽另一個為陰,並且彩虹是一種動物,那就是一個是雄一個是雌。就這樣,他們得出了驚人的結論:彩虹分男女!  古人將色彩鮮豔的、紅色在外紫色在內的稱為「虹」,是雄性,而稍微暗淡一些的、紅色在內紫色在外的稱為「霓」,是雌性,兩者合稱「虹霓」,這就是「虹霓」這個詞的來歷。 聞一多先(1957)為“虹”字作兩頭狀,是因為描繪的是兩條蛇交尾的情形。不過「霓」這個字沒有對應的甲骨文或金文,直到篆書才出現了這個字。這主要是由於雙彩虹比較罕見,可能直到較晚的時候才引起了人們的注意。  可能有人會問,為什麼“霓”沒有用“蟲”旁,其實在《說文解字》中,「霓」與「蜺(ní)」相同,和「虹」一樣也是和蟲子有關。「雄曰虹,雌曰霓」,虹霓同時出現,則為「陰陽交」,類似於不正當男女關係。《幼學瓊林》乾脆說:「虹名螮𬟽,乃天地之淫氣」,《詩經》中有一首《蝃𬟽》,就是專門諷刺女子私奔的詩歌「蝃𬟽在東,莫之敢指。女子有行,遠父母兄弟。朝𬯀(jī)於西,崇朝其雨。女子有行,遠兄弟父母。乃如之人也,懷婚姻也。大無信也,不知命也!一步一步詩歌的大意是說:彩虹出現啦,一個姑娘拋下父母兄弟和情郎私奔。這種行為令人不恥啊,誰知道她未來的命運會怎麼樣——一定很糟糕。《詩經》一些篇章的題目後來都具有明顯的指代意義,比如關雎表示求愛,蒹葭表示思念,桃夭表示喜慶,碩鼠表示貪婪,鹿鳴表示求賢,而螮𬟽也成為私奔的代名詞。  這正好反映了中國人對待男女情事的特殊心態——男女之事是值得崇拜的生殖之事,但也是不當宣漏的隱祕之事。《釋名·釋天》釋虹:“又曰美人,陰陽不合,婚姻錯亂,淫風流行,男美於女,女美於男,互相奔隨之時,則此氣盛,故以其盛時名之也。”《太平御覽·天部》引《周書·時訓》:“小雪之日,虹藏不見。虹不藏,婦不專一。”  「𧈫」與不祥之兆  虹以兩頭蛇之形表示自然界的雲氣現象,在古人眼裡,因其雌雄同體,陰陽相交,又與萬物繁衍生長的“雲雨”關係密切,從而反映了古人的生殖崇拜觀念。但是,在古人的世界觀中,遇“虹”並不是好事,而是一種不祥之兆。是時天雨,虹下屬宮中,飲井水,水泉竭。(《漢書·燕王旦傳》)  伏羲原本居住在中原,被稱為“龍”的部落,而之後炎帝、黃帝先後稱霸中原,這意味著對“龍”。部落後裔的屠戮,夏、商、週三朝都是黃帝后裔,他們的祖先論理都應該參與過對“龍”部落的屠殺,殷人認為出虹有祟,這與先民之間的仇恨應該是脫不了關係的。在殷人看來,出虹即“龍降”,是“龍裔”的復仇之舉。  另一方面,虹為不祥之兆與“出虹致旱”也聯絡密切。上文所引卜辭中有“虹飲於河”、“虹飲於井”之說。除甲卜辭記載所載外,有關虹飲水之說的記載還有:《釋名·釋天》:“螮𬟽,其見每於日在西而見於東,啜飲東方之水氣也。”《夢溪筆談》:“世傳虹能入溪澗飲水,信然......虹兩頭皆垂澗中。”虹垂於大河、山澗之上,狀似巨龍張口飲水之態,且根據甲骨卜辭所載,出虹的時間是在十二月(見上文),我們雖不知道商代曆法的歲首月建,但十二月為秋冬季節當無疑問,正是乾旱少雨的季節,再加上巨虹飲河水,這樣的巧合在先民心中自然而然被神話了。虹在殷人眼中成為了旱神的象徵  美好的結局  不過,畢竟「虹霓」還是很漂亮的,所以後來人們也用彩虹去比喻很多美好的事物,如用霓裳來比喻美麗的衣裳,甚至認為霓裳是神仙穿的衣服。《楚辭·九歌·東君》中就有「青雲衣兮白霓裳,舉長矢兮射天狼」這樣的句子,認為神仙以云為裳,並將其稱為霓裳。  參考文獻:  《甲骨文“虹”字文化考釋 》周丙華  《「虹」字漫談》楊芳

  2017年11月30日,彩虹高掛臺灣陽明山長達9小時,打破英格蘭約克郡韋瑟比在1994年3月14日創下的6小時紀錄。
彩虹,又稱天弓(客家話)、天虹、絳等,簡稱虹,是氣象中的一種光學現象,當太陽光照射到半空中的水滴,光線被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩光譜,由外圈至內圈呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色(霓虹則相反)。事實上彩虹有無數種顏色,比如,在紅色和橙色之間還有許多種細微差別的顏色,但為了簡便起見,所以只用七種顏色作為區別。 其實只要空氣中有水滴,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,天空的一邊因為仍有雨雲而較暗,而觀察者頭上或背後已沒有云的遮擋而可見陽光,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,亦可以製造人工彩虹。