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  彩虹的物理原理           
彩虹的物理原理
作者:佚名 文章来源:不详 更新时间:2007-2-21 10:54:11

彩虹的物理原理


① 虹和霓
彩虹是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点,光线被折射和反射,在天空中形成拱形的七彩的光谱。彩虹的七种颜色从外至内分别为:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。这是大家所熟知的自然现象,但是和彩虹一起出现的霓及霓的成因很多人就不清楚了。
很多时候会见到两条彩虹同时出现,在平常的彩虹外边出现同心,但较暗的副虹(又称霓)。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成。两次反射最强烈的反射角出现在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射,副虹的颜色次序跟主虹反转,外侧为蓝色,内侧为红色。副虹其实一定跟随主虹存在,只是因为它的光线强度较低,所以有时不易被肉眼察觉。
彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象,彩虹看起来的所在位置,会随着观察者而改变。当观察者看到彩虹时,它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央,其实是被水滴反射,放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置,刚好是观察者头部影子的方向,虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40°至42°的位置。因此当太阳在空中高于42度时,彩虹的位置将在地平线以下而使观察者看不见。这也是彩虹很少在中午出现的原因。
彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴,造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射,在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈,造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时,阳光进入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用,不同波长的光的折射率有所不同,蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射,所以观察者看见的光谱是倒过来,红光在最上方,其他颜色在下。
② 日晕和日华
有时候,在太阳或月亮周围出现一道光圈,色彩艳丽,人们叫它“风圈”,气象上称晕。日晕是一种正常的气象现象,是阳光透过由冰晶构成的卷层云折射出的各种颜色的光线形成的。高原比平原出现日晕现象的次数多。它是由于日、月光线通过云层时,受到冰晶的折射或反射而形成的。如果冰晶是横着下降的,阳光从冰晶的侧面进另一侧面出,我们看到的晕圈直径是22°;如果冰晶竖着下降,太阳光线从侧面进底面出,就会出现直径为46°的大晕圈。而这种冰晶结构的云常常是冷暖空气相遇而生成的云层,以后云层增厚,发展成雨层云,所以晕是风雨将临的征兆。当天空中出现晕时,本地离这层云有六七百公里,按每小时四五十公里移速来估算,一般在晕出现后十几个小时风雨才会到来,这便是“日晕三更雨,月晕午时风”的道理。所以人们经常根据这种自然现象象去预测天其的变化。但并不是每次出现晕以后必定刮风下雨,还要根据云的发展情况去分析。一般出现月晕时,下雨的可能性比出现日晕时少,而多是刮风天气。
有时我们看到的日月旁边的彩色光圈,其颜色排列和晕相反,即外红内紫,而且直径比晕要小得多,这叫华。华是由于日月光线照射到中云(中云比高云要低,一般由水滴组成),遇到云中微小水滴,小水滴作为阻碍物而发生的日月光线衍射的结果。日华因为距明亮的太阳过近,因而一般不如月华易于发现。华俗称“枷”,好比太阳和月亮带上了枷的意思。有时在华的外面还会出现一个甚至几个彩色排序与华相同,但亮度要弱得多的同心光环,称为副华。它也能预兆天气变化。日月晕后紧跟着出现日月华,降雨刮风的可能性就更大了。

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