双层彩虹是怎么回事？|色散|入射|偏折 - 网易

如果大家仔细观察，就会发现较低的彩虹外侧是红色，内层是紫色，称为“主 ... 不能全部进入我们的眼睛，因为一个水滴色散后的光线是向不同方向发射的。

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比较特别的是，拍到的彩虹都是两条一起出现的。

图片来自：故宫博物院如果大家仔细观察，就会发现较低的彩虹外侧是红色，内层是紫色，称为“主虹”或者“虹”，而较高的彩虹外侧是紫色，内侧是红色，称为“副虹”或“霓”，所以“霓虹”才是彩虹的全称。

这种现象是如何形成的呢？一、光的折射为了解释彩虹的形成，我们首先要解释光的折射。

当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化。

例如，光线从空气斜射入水中时，折射光线会更偏向垂直水面的轴线，这个轴线称为“法线”。

最早对折射现象进行正确解释的人是荷兰物理学家惠更斯。

惠更斯他指出：波发生折射的原因是波在不同介质中传播速度不同。

并且，根据光的折射规律，光在空气中传播速度快，在水中传播速度慢。

二、光的色散光在介质中的速度主要由介质决定，例如水中的光速大约是真空中的3/4，玻璃中的光速大约是真空中的2/3。

但是，即便是同一种介质，不同颜色的光传播速度也有微小的差别，这就造成了不同颜色的光在折射时的偏折程度不同。

我们知道，白色光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的单色光构成的。

如果一束白光进入介质，由于每种色光偏折程度不同，出射时就不再是白色，而是分成了七种颜色。

这个现象就称为色散，最早是由牛顿发现的。

如图所示，牛顿让一束白光通过三棱镜，他发现：出射光分为七种颜色。

相比于原来的入射方向，红色光偏折最小，紫光偏折最大。

这个规律在任何介质折射时都是适用的。

当空气中有小水滴时，光线进入小水滴会发生折射和反射。

由于刚才所说的原因，不同颜色的光在发生折射时偏折程度不同，不同颜色的光彼此分开，人们就观察到了五颜六色的彩虹。

三、虹的形成我们首先来解释一下主虹（虹）的形成。

光线进入水滴时，可能会发生两次折射和一次反射，然后射出水滴，如下图所示。

光线首先通过一次折射进入水滴，再通过一次反射和一次折射射出水滴。

由于色散的原因，对于同一个水滴的出射光，紫色光偏折程度大，偏向水平；而红色光偏折程度小，偏向竖直。

于是就形成了紫光在上，红光在下的情况。

在红光到紫光之间，分布着橙黄绿蓝靛几种颜色。

当人们进行观察时，空气中分布的许多水滴都形成类似的效果，如下图所示。

大家注意：同一个水滴发出的光不能全部进入我们的眼睛，因为一个水滴色散后的光线是向不同方向发射的。

我们所接收的是不同水滴出射的光。

这样一来，接收到的最上方的光更加偏向竖直，相比于原来的入射方向偏角最小，是红色；最下方的光线更加偏向水平，相比于原来光线的入射方向偏角最大，因此是紫色。

于是我们就看到了外红内紫的主虹。

四、霓的形成副虹（霓）的形成原因类似，只不过，它是光线在水滴中进行了两次折射和两次反射形成的。

如图所示，在这种情况下，由于红光偏折程度小，射出时更加偏向水平；紫光偏折程度大，射出时更加偏向竖直，刚好与主虹相反，于是就造成了外紫内红的效果。

一般而言，虹与霓会同时出现，而且霓更高。

只是由于霓多了一次反射，比虹弱很多，所以有时候人们认为只有一层彩虹。

美丽的彩虹让人们产生了诸多幻想，古希腊人认为彩红女神伊里丝是宙斯的使者。

但是只有科学才能让我们真正认识自然，了解自然。

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