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微小水滴構成的宏偉畫作——彩虹

雨過天晴，人們有時會看到懸掛于天空中的彩虹。太陽和水滴的鬼斧神工造就了跨越天際的巨型畫作。

由人工方法也可以制作彩虹。背向太陽而立，手捏軟管向上噴水，形成大面積分散的小水珠，在面前則可以看到紅色在上，紫色在下的小型彩虹。無論水珠的散布形狀變換什么花樣，都會發現彩虹的位置卻固定不變。

是何原因讓我們看到彩虹的呢？大概在小學我們就親手作過三棱鏡試驗，一個小小的玻璃制三棱鏡可將光分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光。這是由于玻璃（三棱鏡）對光的折射率依波長不同而有些許差異所致。而我們看到彩虹的理由是由于“水滴對光的折射率依波長不同有些許差異所致。”

太陽光是連續光，其中含有人眼可感知的可見光，其波長分布于380~780nm（不同學科和應用領域，定義范圍略有差異）范圍內。水對分光的折射率隨波長不同略有差異，例如，對短波長紫光的折射率就大于對長波長紅光的。因此，由同一位置射入水滴的太陽光中，由于紅光和紫光的不同，藉由水滴折射、反射之后，會以略有不同的角度出射。同一人看彩虹，如圖所示，人眼的感知對紫光的角度為40°，而對紅光的角度為42°。這樣，水滴出射的太陽光在觀察者的眼中從上至下就形成了由七色（其實遠不止七色）組成的連續色帶。

“通常看到的彩虹”是紅色位于上方，紫色位于下方的。但實際上，彩虹也有主虹和副虹之分。“通常看到的彩虹”是主虹。副虹通常可以在主虹的更上方看到，但大多數情況僅是隱約可見。太陽光經水滴中的一次反射形成主虹，經二次反射，以相當弱的光進入我們的眼中的便是副虹。