彩虹的形成原理為什么彩虹出現(xiàn)的時候一般有兩條，并且光帶顏色剛好相反？彩虹的形成原理是什么？答：兩條其中一條叫彩虹，另一條叫霓。有時在虹的外側(cè)還能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫內(nèi)紅。稱為副虹或霓。霓和虹的不同點(diǎn)僅僅大于光線在雨點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生二次內(nèi)反射，因此光線通過雨滴后射到我們眼簾時，光弧色帶就與虹正好相反。彩虹，簡稱虹，一般雨后出現(xiàn)彩虹（一般在早晨或者傍晚出現(xiàn)，很少在中午。夏天向天空噴一口水汽也能容易地生成小彩虹）。通常說的彩虹一定是紅色在外，紫色在內(nèi)，呈弧形，弧高40～42度。這可以通過幾何光學(xué)的折射和反射定律，及地球與太陽（別的光源也可以）的關(guān)系解釋，簡單說就是，太陽光線通過大量小球形的水珠時，發(fā)生折射和反射后到達(dá)人的眼睛，形成了色彩分開的虛像。頻率高的光波折射的程度要大于頻率低的光波，于是彩虹中紅色在外，紫色在內(nèi)，中間有各色光帶。與彩虹相對的是“霓”，它也叫副虹，位于“虹”的外圈，一般不出現(xiàn)，或者即使出現(xiàn)亮度和鮮艷程度也不及虹。英文中，與霓對應(yīng)的是“secondaryrainbow”，也稱二級虹、次級虹，弧高52～54.5度。“霓”的色彩正好與虹相反，即外圈是紫色，內(nèi)圈是紅色。霓的成因也與折射和反射有關(guān)，只不過它是二次內(nèi)反射（double或twointernalreflections）的結(jié)果（所以亮度減少）。嚴(yán)格說在主虹（即通常的虹）內(nèi)側(cè)，還有復(fù)雜的光學(xué)現(xiàn)象，要用到其他其他理論才能解釋。據(jù)說CarlBoyer寫過一本書《虹：從神話到數(shù)學(xué)》（TheRainbowFromMythtoMathematics，1959），大概講述人們認(rèn)識虹的歷史過程。歷史上關(guān)于虹有大量描寫和論述，好像朱熹就正確地指出過虹的形成與小水珠有關(guān)。在近代科學(xué)史上，笛卡兒（ReneDescartes，1637）和牛頓都專門研究過虹，有精確的解釋。有趣的是，意大利的一位還用現(xiàn)象學(xué)的方法研究過虹，他做了許多現(xiàn)象學(xué)的實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)了幾何光學(xué)關(guān)于虹的幾乎全部實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他試圖表明，當(dāng)年哥德的顏色理論也許還有用（那作者我忘記了，從網(wǎng)上能夠找到）。內(nèi)圈為虹，外圈為霓：http://www.jal.cc.il.us/~mikolajsawicki/rainbows.htm虹與霓形成原理圖見：/staff/blynds/rnbw7.gif反射虹的形成原理圖見：/staff/blynds/rnbw8.gif關(guān)于月光虹的描述見：/staff/blynds/Mikkelson.html彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏鼒A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(nèi)亦以不同的角度反射。當(dāng)中以40至42度的反射最為強(qiáng)烈，形成我們所見到的彩虹。形成這種反射時，陽光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離開水滴時再折射一次。因?yàn)樗畬庥猩⒌淖饔茫煌ㄩL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。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)天晴時出現(xiàn)。這時空氣內(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，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經(jīng)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，亦可以人工制造彩虹。空氣里水滴的大小，決定了彩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，只有背著太陽才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出現(xiàn)在西方，黃昏的彩虹總在東方出現(xiàn)。可我們看不見，只有乘飛機(jī)從高空向下看，才能見到。虹的出現(xiàn)與當(dāng)時天氣變化相聯(lián)系，一般我們從虹出現(xiàn)在天空中的位置可以推測當(dāng)時將出現(xiàn)晴天或雨天。東方出現(xiàn)虹時，本地是不大容易下雨的，而西方出現(xiàn)虹時，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)會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現(xiàn)。彩虹其實(shí)并非出現(xiàn)在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學(xué)現(xiàn)象，彩虹看起來的所在位置，會隨著觀察者而改變。當(dāng)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(nèi)的中央，其實(shí)是被水滴反射，放大了的太陽影像。所以彩虹以內(nèi)的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，剛好是觀察者頭部陰影的方向，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(dāng)太陽在空中高于42度時，彩虹的位置將在地平線以下而看不見。這亦是為什么彩虹很少在中午出現(xiàn)的原因。不但夏季在海面上可以看到上現(xiàn)蜃景，在江面有晨也可看到，例如1934年8月2日在南通附近的江面上就現(xiàn)過。那天酷日當(dāng)空，天氣特別熱，午后，突然發(fā)現(xiàn)長江上空映現(xiàn)出樓臺城廓和樹木房屋，全部蜃景長20多里。約半小時后，向東移動，突然消逝。后又出現(xiàn)三山，高聳入云，中間一山，很象香爐；又隔了半小時，才全部消失。在沙漠里，白天沙石被太陽曬得灼熱，接近沙層的氣溫升高極快。由于空氣不善于傳熱，所以在無風(fēng)的時候，空氣上下層間的熱量交換極小，遂使下熱上冷的氣溫垂直差異非常顯著，并導(dǎo)致下層空氣密度反而比上層小的反常現(xiàn)象。在這種情況下，如果前方有一棵樹，它生長在比較濕潤的一塊地方，這時由樹梢傾斜向下投射的光線，因?yàn)槭怯擅芏却蟮目諝鈱舆M(jìn)入密度小的空氣層，會發(fā)生折射。折射光線到了貼近地面熱而稀的空氣層時，就發(fā)生全反射，光線又由近地面密度小的氣層反射回到上面較密的氣層中來。這樣，經(jīng)過一條向下向下凹陷的彎曲光線，把樹的影像送到人的眼中，就出現(xiàn)了一棵樹的倒影。由于倒影位于實(shí)物的下面，所以又叫下現(xiàn)蜃景。這種倒影很容易給予人們以水邊樹影的幻覺，以為遠(yuǎn)處一定是一個湖。凡是曾在沙漠旅行過的人，大都有類似的經(jīng)歷。拍攝影片《登上希夏邦馬峰》的一位攝影師，行走在一片廣闊的干枯草原上時，也曾看見這樣一個下現(xiàn)蜃景，他朝蜃景的方向跑去，想汲水煮飯。等他跑到那里一看，什么水源也沒有，才發(fā)現(xiàn)是上了蜃景的當(dāng)。這是因?yàn)楦煽莸牟莺蜕匙右粯樱梢员涣胰諘竦脽崂藵L滾，使空氣層的密度從下至上逐漸增大，因而產(chǎn)生下現(xiàn)蜃景。無論哪一種海市蜃樓，只能在無風(fēng)或風(fēng)力極微弱的天氣條件下出現(xiàn)。當(dāng)大風(fēng)一起，引起了上下層空氣的攪動混合，上下層空氣密度的差異減小了，光線沒有什么異常折射和全反射，那么所有的幻景就立刻消逝了。柏油馬路因路面顏色深，夏天在灼熱陽光下吸收能力強(qiáng)，同樣會在路面上空形成上層的空氣冷、密度大，而下層空氣熱、密度小的分布特征，所以也會形成海市蜃樓。光的折射.關(guān)于海市蜃樓的成因，有的學(xué)生提出如下問題：

1.大氣在不同高度，密度本來就是不同的，為什么平時看不到海市蜃樓。

2.如果真是象課本上所述的成因，空中的海市蜃樓應(yīng)該與實(shí)物在同一方向，距離也不應(yīng)該相差很多如果我們朝著空中的海市蜃樓方向行走，應(yīng)該肯定可以到達(dá)實(shí)物所在處。但實(shí)際上并不是這樣，實(shí)際的海市蜃樓無論你怎樣走，都不可能到達(dá)實(shí)物處。

3.海市蜃樓為什么只在特定