高掛空中、歷時最長的彩虹 - 科學月刊

我們都做過光線分色的實驗，當光線通過三稜鏡時會被分色，此乃由於光線通過不同的介質時會產生折射，而不同顏色其光的折射角度不同，根據司乃耳定律（ ... 網頁 首頁 科學月刊/科技報導新網站 科學月刊粉絲專頁 2018年7月31日 高掛空中、歷時最長的彩虹 劉清煌／中國文化大學大氣科學系副教授。

古人言：「天上的彩虹總是曇花一現。

」在熟知其原理的今天，對於它的出現與消失成因並不陌生。

然而去（2017）年，臺灣上空卻劃過一道不再稍縱即逝的長延時彩虹，甚至還一舉破了金氏世界紀錄……。

細說彩虹 我們都做過光線分色的實驗，當光線通過三稜鏡時會被分色，此乃由於光線通過不同的介質時會產生折射，而不同顏色其光的折射角度不同，根據司乃耳定律（Snell'sLaw），可算出偏折角度，波長較長的紅光偏折角度較小，而波長較短的藍色光、紫色光偏折角度較大，使得原先進入三稜鏡的白光離開三稜鏡時變成七彩的顏色。

彩虹也是這個原理，天空中水滴扮演三稜鏡的角色，光線進入水滴後產生折射（圖一左1的位置），不同顏色的光即產生分離，當光線到達水滴的另一側時，一部分的光線會直接穿出水滴，另一部份的光線在水滴的內緣被反射（圖一左2的位置），被反射的光繼續在水滴內傳播到圖一左3的位置時離開水滴進入空氣。

由於空氣與水滴乃不同介質，因此光線再一次發生折射，總共歷經2次折射、1次反射，使得紅光與紫光朝不同的方向傳播（圖一左）。

最後紅光離開水滴與入射光的夾角約42度，而紫光與入射光的夾角約40度。

離開水滴後由於紅光與紫光各朝不同方向傳播，人若在定點位置，假設能看到此水滴所產生的紅光，那則看不到此水滴所折射出來的紫光，而所看到的紫光是來自於較下方（或是較內側）的水滴（圖一右B水滴），所以看到的彩虹是紅光在外圈、紫光在內圈（圖一右）。

圖一：彩虹成因。

圖二：霓之成因。

當光線到達圖一左3的位置時，有一部分的光會再一次被反射（圖二），再折射出水滴，歷經2次的反射及2次折射後，看到的彩虹就是「霓」，入射光與出射光的夾角約51度。

如果同時看到虹與霓，則虹在內圈、霓在外圈。

虹的顏色分佈，由內向外是：紫（靛）藍綠黃橙紅，而霓的次序則與虹相反。

人類肉眼所看到的彩虹均來自不同的水滴。

對虹而言，紅光是來自較高（外側）的水滴，而紫光是來自較低（內側）的水滴，霓則與之相反。

圖三：陽光、人、彩虹之相對位置。

換句話說，要看到彩虹一定要有水滴及陽光，人的位置在彩虹與太陽中間（圖三），即太陽在東方時，彩虹一定在西方，太陽在西方時，彩虹一定在東方，而且虹的亮度一定比霓亮。

另外，彩虹的清晰度（顏色分明）與水滴的大小有關，水滴越大，產生的分光效果越好，彩虹清晰度越好，此時水滴的直徑約1~2公釐（mm），當水滴直徑小於0.1公釐時彩虹色澤會變得很不清楚，或呈現灰色狀況。

另一個值得思考的問題，虹是光線在水滴中1次反射，而霓是光線在水滴中2次反射，有無可能光線在水滴中出現3次、4次甚至是更多次的反射呢？答案是肯定的，光線每歷經一次的反射，就會損失一部份的能量，經過多次反射後，能量所剩寥寥無幾，亮度也會衰弱許多，不易觀察到。

文獻上記載2011年6月11日賽斯納（MichaelTheusner）在德國席夫多夫（Schiffdorf）曾同時拍攝到3~4次反射的彩虹，方位是面對太陽方向離太陽約45度；2012年8月8日，伊登斯（HaraldE.Edens）在美國新墨西哥州的朗繆爾（Langmuir）觀測台拍到5次反射的彩虹，出現的方位在虹與霓之間。

長延時彩虹 要看到彩虹不是什麼困難的事，下雨過後經常可觀測得到，但出現的時間往往僅數分鐘，要持續長時間看到彩虹就不容易了，除了天氣條件的配合外，與季節及地理位置均有很大的關係。

1994年3月14日，在英國韋瑟比（Wetherby）記錄到持續6小時（9：00~15：00）的彩虹，被列入金氏世界紀錄。

而在2017年11月27日，於陽明山中國文化大學也記錄到6小時的彩虹，且更在3天後相同地點記錄到持續近9小時的彩虹，超越原先6小時的金氏世界紀錄約3小時之久，此乃非常難以達到的紀錄，可說是上天給的禮物。

但在文大連續觀測到2次長延時彩虹來看，似乎又不是那麼不容易的事，背後有其特殊的條件。

由於地理環境與氣候因素使得文大成為全臺最容易看到長 ......【更多內容請閱讀科學月刊第584期】 於 00:00 張貼者 科學月刊／科技報導 分類： 08月號(584期)-食蟲, 09-光譜 較新的文章 較舊的文章 首頁 593期內頁試閱！ 站內搜尋 科月檔案櫃 科月檔案櫃 六月2019(1) 五月2019(1) 四月2019(23) 三月2019(22) 二月2019(25) 一月2019(23) 十二月2018(27) 十一月2018(24) 十月2018(24) 九月2018(22) 八月2018(24) 七月2018(25) 六月2018(23) 五月2018(22) 四月2018(26) 三月2018(18) 二月2018(21) 一月2018(25) 十二月2017(23) 十一月2017(25) 十月2017(21) 九月2017(23) 八月2017(24) 七月2017(26) 六月2017(41) 五月2017(1) 四月2017(24) 三月2017(24) 二月2017(24) 一月2017(28) 十二月2016(12) 十一月2016(23) 十月2016(30) 九月2016(21) 八月2016(38) 七月2016(27) 六月2016(2) 五月2016(39) 四月2016(16) 三月2016(21) 二月2016(25) 一月2016(22) 十二月2015(22) 十一月2015(19) 十月2015(19) 九月2015(24) 八月2015(18) 七月2015(22) 六月2015(3) 五月2015(37) 四月2015(20) 三月2015(22) 二月2015(22) 一月2015(8) 十二月2014(37) 十一月2014(19) 十月2014(1) 九月2014(27) 八月2014(16) 七月2014(17) 六月2014(20) 五月2014(19) 四月2014(17) 三月2014(37) 二月2014(1) 一月2014(32) 十二月2013(16) 十一月2013(21) 十月2013(21) 九月2013(20) 八月2013(20) 七月2013(19) 六月2013(19) 五月2013(19) 四月2013(19) 三月2013(14) 二月2013(1) 一月2013(1) 十二月2012(2) 十一月2012(2) 十月2012(2) 九月2012(1) 八月2012(5) 六月2012(2) 五月2012(1) 四月2012(1) 三月2012(1) 二月2012(1) 十二月2011(19) 九月2011(2) 八月2011(7) 七月2011(8) 六月2011(1) 五月2011(13) 四月2011(25) 三月2011(2) 二月2011(2) 一月2011(9) 十二月2010(19) 十一月2010(21) 十月2010(27) 九月2010(21) 八月2010(19) 七月2010(23) 六月2010(20) 五月2010(30) 四月2010(17) 三月2010(24) 二月2010(20) 一月2010(14) 十二月2009(18) 十一月2009(24) 十月2009(15) 九月2009(27) 八月2009(27) 七月2009(24) 六月2009(23) 五月2009(24) 四月2009(15) 三月2009(18) 二月2009(23) 一月2009(21) 十二月2008(17) 十一月2008(2) 十月2008(1) 九月2008(2) 八月2008(1) 七月2008(1) 六月2008(3) 十二月2002(1) 十二月2000(1) 一月1977(1) 文章分類 00-專輯目錄 01-科學評論 02-科學新聞 03-編輯手記 04-數學 05-物理 06-生物 07-化學 08-地科 09-光譜 10-生化 11-科教 12-科技 13-科學史 14-專訪 15-書評 16-閱讀推薦 17-活動 18-大家談 19-勘誤 20-其它 21-非‧關科學 22-回顧 2019專輯 01月號(589期)-啟動心智秘境 02月號(590)-豬的時代 03月號(591期)-臺灣古生物 04月號(592期)-高樓．映像 05月號(593期)-伴．毛小孩 2018專輯 01月號(577期)-氣象預報 02月號(578)-重力波 03月號(579期)-生物辨識 04月號(580期)-AI人工智慧時代來臨 05月號(581)-看見聲音的景色 06月號(582期)-滋容養顏兩三事 07月號(583期)-藥品包裝 08月號(584期)-食蟲 09月號(585期)-大麻 10月號(586期)-科幻 11月號(587期)-啤酒生活 12月號(588期)-諾貝爾獎特別報導 2017專輯 01月號(565期)-薄膜分離技術 02月號(566)-錄音工程 03月號(567期)-電影技術 04月號(568)-描繪世界的方法 05月號(569)-不只是科學少數女性關鍵力 06月號(570期)-南海科學 07月號（571期）-資料科學 08月號(572期)-蝦 09月號(573期)-藻礁 10月號(574期)-音樂心理 11月號(575期)-區塊鍊與比特幣 12月號(576期)-諾貝爾獎特別報導 2016專輯 01月號(553期)-幾丁質大革命 02月號(554期)-綠色溶劑 03月號(555期)-實驗動物 04月號(556期)-氣象觀測 05月號(557期)-福衛五號上陣 06月號(558期)-生物大數據 07月號(559期)-直擊大腦的神祕宇宙！ 08月號(560期)-新世代女科青 09月號(561期-)基因開關 10月號(562期)-地震新情報 11月號(563期)-真實生物X寶可夢 12月號(564期)-諾貝爾獎特別報導 2015專輯 01月號(541期)-法布爾的昆蟲世界 02月號(542期)-森林新思維 03月號(543期)-影像世界中的巧妙數學 04月號(544期)-濕地大探索 05月號(545期)-光科學年代 06月號(546期)-全球暖化海洋遇難 07月號(547期)-重返土壤 08月號(548期)-廣義相對論百年 09月號(549期)-癌症免疫療法 10月號(550期)-莫斯利與原子序 11月號(551期)-布爾代數 12月號(552期)-諾貝爾獎特別報導 2014專輯 01月號(529期)-再生醫學 02月號(530期)-汽車科技 03月號(531期)-臺灣的科學傳播:現在和未來 04月號(532期)-產能與節能的新觀念 05月號(533期)-科學、數學，動手玩 06月號(534期)-物聯網 07月號(535期)-鑑識科學 08月號(536期)-微機電系統的應用 09月號(537期)-張昭鼎紀念研討會:網路與科普 10月號(538期)-意猶未盡的急速:4G 11月號(539期)-結晶學百年解密 12月號(540期)-諾貝爾獎特別報導 facebook 追蹤者 本站流量 網站啟事 於版權問題如有任何疑慮，請洽編輯部。

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