刷屏的“雙彩虹”究竟是怎么形成的?

  • 2020-09-08 08:44
  • 來源: 科技日報

  9月3日,北京喜現雙彩虹美景在朋友圈刷屏。雖然彩虹是一種很常見的自然景象,但即便如此,每當雨后天空中升起美麗的彩虹時,仍能吸引大家的目光,而極為少見的雙彩虹更是足夠“吸睛”。

  那么,雙彩虹究竟是怎樣形成的?為什么很多時候,我們只能看到一道彩虹?科技日報記者采訪了湖北省農業氣象專家黃智敏,就這些問題一一作了解答。

  雙彩虹其實是霓和虹

  黃智敏說,空氣濕度較大時,空氣中的水汽可以看做是無數個小水滴。當太陽光射入小水滴時,會發生兩次折射和一次反射,即“折射—反射—折射”現象。

  太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色組成的,當照射到水滴上時會出現第一次折射,由于這7種顏色光的波長不同,它們的偏向角度也會不同,這時太陽光就會分解為7種單色光;折射后的單色光到達水滴的背面后,會按照反射規律發生反射;反射后的單色光將回到入射水滴的這一面,這時將發生第二次折射,并仍然以單色光的形式射出水滴。

  波長最短的紅光,在水珠中的折射率最小,使得其出射光線與入射光線構成最大夾角,而波長最短的紫光,在水珠中的折射率最大,使其折射光線與入射光線構成最小夾角,其他光依序在其中分布,人們肉眼見到的就是外紅內紫的“虹”。

  當我們在天空中看到“虹”時,就說明太陽光在水滴內進行折射和反射,也就意味著“霓”的存在。霓的形成與虹相似,只是太陽光在水滴內經歷了兩次折射和兩次反射,即“折射—反射—反射—折射”,由于相比虹的形成多了一次反射過程,其折射率最小的紅光出射光線方向與入射方向成最小夾角,折射率最大的紫光出射方向與入射方向成最大夾角,最終我們看到的色彩排序就會恰好相反,呈現紅色在內、紫色在外的形式。

  但是太陽光經過水滴后發生兩次反射的情況較發生一次反射的情況光能量損失很多,因而霓的亮度比虹的亮度暗得多,一般不容易被人們觀察到。

  所以,只有當光的能量足夠大或者能量損失足夠小的時候,我們才能看到霓。若均可見,由于虹的角半徑為42度左右,霓的角半徑為52度左右,故霓在虹之上并與之平行。當虹和霓共同被我們看到時,就呈現出了美麗的雙彩虹景象。

  理論上來講,太陽光是可以在小水滴里進行多重反射的。但是由于每一次反射都會導致光的吸收和光的減弱。所以通常我們最多只能看到兩條彩虹。

  水汽足水滴大才能彩虹成雙

  彩虹形成的基本條件是水汽和太陽光,水汽的充足與否和季節、地域相關。

  從季節上講,一般冬天的氣溫較低,空中不容易存在小水滴,下雨的機會也少,所以冬天一般不會有彩虹出現。夏季熱對流天氣較多,雷雨、陣雨天氣頻繁,又常常是急匆匆地下完雨就放晴,因此更容易看到彩虹。

  從地域上來說,彩虹的出現需要滿足一定的水汽條件,因此在我國南方,雨水充沛、空氣濕潤的地方比較易見,出現雙彩虹美景的幾率也更大。比如,廣西空氣濕度較高,甚至有時候不下雨也會出現彩虹美景。

  具備了彩虹的形成條件后,想要看到雙彩虹,空氣里的水滴大小是關鍵。空氣里水滴的大小,決定了彩虹的色彩鮮艷程度。空氣中的水滴大,彩虹就鮮艷;水滴小,彩虹顏色就黯淡。

  因此,想要看見雙彩虹,空氣中的雨滴需要較大,保證霓的顏色足夠鮮艷,才可以被肉眼看到。

  另外,我們從地面上看彩虹是一個拱形,但實際上它是一個完整的圓環。

  地球的表面是一個曲面,雨后空氣中的水汽也會按照地球的曲面分布,因此,身處地球之外看到的彩虹,應當是完整的圓環形狀。這也是為什么從飛機上看到的彩虹是完整的圓環形。

  一旦站在地球上,本來完整的彩虹便不再完整,這是因為另一半彩虹被地面擋住了。

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責任編輯:徐梅 李國棟

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