科学解释

　　彩虹(rainbow)是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱。 　　彩虹是一种自然现象，是由于阳光射到空气的水滴里，发生光的反射和折射造成的。

形态颜色

形状

　　通常肉眼所见为拱曲形，似桥状，民间常有“彩虹桥”的说法。

色彩

　　色彩一般为七彩色，从外至内分别为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。在中国，也常有“赤橙黄绿青蓝紫”的说法。 毛泽东曾于1933年夏所作《菩萨蛮·大柏地》一词描绘了彩虹的色彩：“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞。雨后复斜阳，关山阵阵苍……”

特殊现象

双彩虹

　　

  

双彩虹

　　很多时候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缐，便形成我们常见的彩虹（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（霓）。 　　霓的颜色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均会损失一些光能量，因此霓的光亮度亦较弱。两次反射最强烈的反射角出现在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射，副虹的颜色次序跟主虹反转，外侧为蓝色，内侧为红色。副虹其实一定跟随主虹存在，只是因为它的光线强度较低，所以有时不被肉眼察觉而已。

晚虹

　　晚虹是一种罕见的现象，在月光强烈的晚上可能出现。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分辨颜色，故此晚虹看起来好像是全白色的。

自然原理

七色光原因

　　彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内也是以不同的角度反射。当中以40-42度的反射最为强烈，形成我们所见到的彩虹。 　　其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。 虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。 　　彩虹的明显程度，取决于空气中小水滴的大小，小水滴体积越大，形成的彩虹越鲜亮，小水滴体积越小，形成的彩虹就不明显。一般冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现。^[2]

弯曲原因

　　事实上如果条件合适的话，可以看到整圈圆形的彩虹（例如峨眉山的佛光）。形成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次，最后射向我们的眼睛。 　　 光穿越水滴时弯曲的程度，视光的波长（即颜色）而定——红色光的弯曲度最大，橙色光与黄色光次之，依此类推，弯曲最少的是紫色光。 　　因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。 　　每种颜色各有特定的弯曲角度，阳光中的红色光，折射的角度是42度，蓝色光的折射角度只有40度，所以每种颜色在天空中出现的位置都不同。 　　若用一条假想线，连接后脑勺和太阳，那么与这条线呈42度夹角的地方，就是红色所在的位置。这些不同的位置勾勒出一个弧。既然蓝色与假想线只呈 40度夹角，所以彩虹上的蓝弧总是在红色的下面。

观测历史

中国古代观测

　　早在中国唐代时，精通天文历算之学的进士孙彦先（孙思恭）便提出“虹乃与中日影也，日照雨则有之。”的说法，已解释了彩虹乃是水滴对阳光的折射和反射。 　　孙彦先的发现后来也被宋代沈括的《梦溪笔谈》所引用及证实，且沈括也细微地观察到虹和太阳的位置与方向是相对的现象。孙彦先和沈括等人对虹的这些发现比西方早了几百年。

西方观测历史

　　1307年时欧洲有人提出彩虹是由水滴对阳光的折射及反射而造成。 　　笛卡尔在1637年发现水滴的大小不会影响光线的折射。他以玻璃球注入水来进行实验，得出水对光的折射指数，用数学证明彩虹的主虹是水点内的反射造成，而副虹则是两次反射造成。他准确计算出彩虹的角度，但未能解释彩虹的七彩颜色。 　　后来牛顿以玻璃棱镜展示把太阳光散射成彩色之后，关于彩虹的形成的光学原理才全部被发现。