今天开站啦

彩虹是怎么形成的?为什么彩虹外红内蓝?为什么彩虹是半圆弧状的?为什么雨后才能见到彩虹?

科普知识 pop君 89℃ 0评论

大自然最辉煌的杰作之一就是彩虹。彩虹是光色散的一个极好的证明,光是由一系列波长组成的,每种波长的光都代表一种颜色。要观看彩虹,你的背部必须朝向太阳,因为你要从地面以上大约40度的角度观察大气中悬浮着水滴甚至有轻雾的区域。每一个单独的水滴都相当于一个微小的棱镜,它既分散光线又将分散后的光纤折射回你的眼睛。此时你会从天空中看到一个圆弧状的彩色条带。

但是水滴究竟是如何分散和反射光的呢?为什么它能够把太阳光变成圆弧状的彩色条带?为了理解这些问题,我们需要利用我们对折射、内部反射和色散的理解。

水滴的折射

大气中悬浮的水滴的相当于光的折射镜。水是与周围空气不同密度的介质,光波在从一个介质到另一个介质的边界上发生折射。不同颜色(即不同波长)的光,在同一种介质中的折射率不同,也即光经过折射,不同颜色的光将会彼此偏离。当离开液滴时,不同颜色的光就分开了。

上图说明了太阳光进入液滴发生折射和反射后,不同颜色的光分离开来的情况。来自太阳的光线以微小的向下的轨迹进入液滴。一旦折射两次并反射一次,光线就向地球表面的观察者散开并向下弯曲。进入液滴的其它进入位置可能导致类似的路径,甚至在没有明显的内反射的情况下光继续穿过液滴并离开相反的一侧。但是,对于上图所示的进入位置,存在一个最佳光浓度,该光以朝向地面的角度离开液滴。如同光通过棱镜折射的情况一样,光在液滴的两个边界处的折射导致光色散成光谱颜色。较短波长的蓝光和紫外光折射的波长比长波红光稍大。由于边界彼此不平行,双重折射导致阳光明显地分离成不同的颜色。

太阳光经过折射后,对于红光,来自太阳的入射光线和指向观察者眼睛的折射光线之间的偏离角大约为42度。而波长较短的蓝光比红光的折射量大,因此其偏离原太阳光线的角度约为40度。

太阳光经过折射后,对于红光,来自太阳的入射光线和指向观察者眼睛的折射光线之间的偏离角大约为42度。而波长较短的蓝光比红光的折射量大,因此其偏离原太阳光线的角度约为40度。

如图所示,红光从液滴折射出一个较大的角度朝向地面观察者。其实有许多光的传播路径,这些路径的光线都可以通过一个液滴,折射向地面。然而,在40-42度的偏差角处发现出射光线的浓度最大。在这些角度,分散的光足够明亮,导致天空中出现彩虹。

彩虹的形成

彩虹通常是半圆弧状的,最外面是红色。不过,如果从飞机上看彩虹,会发现彩虹实际上是一个完整的圆。地面上的人只能看到彩虹的上半部分,是因为彩虹的下半部分被地面挡住了(悬浮的水滴在地下并不存在)。然而,在飞机上的人可以向上和向下看,所以可以看到完整圆弧状的彩虹。

如上所述,彩虹的光主要来自于液滴散射的40-42度的偏差角内的太阳光,红光从水滴折射到比蓝光更陡的地面。相对于红光,蓝光则被折射到一个不那么陡峭的角度。因此,当观察到相对于地面的陡峭的角度时,可以看到红光,类似地,当在较不陡峭的角度观看时,则会看到蓝光。这个讨论解释了为什么是在彩虹外部总是红色,而内部总是蓝色的。

彩虹不是只有下雨后的雨滴才能产生的,瀑布底部溅起的水雾也可以形成彩虹。甚至喷水器喷出的水雾也可以形成彩虹。明亮的阳光、悬浮的水滴和恰当的视角是欣赏大自然最辉煌的杰作的三大要素。

转载请注明:pop快讯 » 彩虹是怎么形成的?为什么彩虹外红内蓝?为什么彩虹是半圆弧状的?为什么雨后才能见到彩虹?

喜欢 (3)or分享 (0)
发表我的评论
取消评论

表情

Hi,您需要填写昵称和邮箱!

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址