陽光射到空中接近球形的小水滴,造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射,在水滴内亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈,造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時,陽光進入水滴,先折射一次,然後在水滴的背面反射,最後離開水滴時再折射一次,總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,紅光的折射率比藍光小,而藍光的偏向角度比紅光大。由于光在水滴内被反射,所以觀察者看見的光譜是倒過來,紅光在最上方,其他顔色在下。因此,彩虹和霓虹的高度不一樣,顔色的層遞順序也正好反過來。
彩虹最常在下午或雨後剛轉天晴時出現,由外圈至内圈呈現出紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顔色,其所在的位置會随着觀察者的位置改變而轉移。
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