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TA的每日心情 | 开心 2018-12-24 00:49 |
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签到天数: 850 天 [LV.10]以坛为家III
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认识彩霓和彩虹
你是否常在雨过天晴的天边看见绚丽夺目的七彩光带呢 惊艳的同时常会带点兴奋口吻道出"彩虹"耶!倘若仔细观察偶而还能见到两条并列的光带,其中第一道颜色较鲜艳的光带我们称之为「虹」或「正虹」 ( Primary Rainbow ),而偶而可见的第二道光带则称之为 「 霓 」或「副虹」 ( Secondary Rainbow ).
「虹」形成原因是光线以一定角度照射在大气中无数的水滴,再经过折射,分光,内反射,再折射等光学过程所造成的大气现象.此现象若由太阳光线产生者,颜色鲜明;由月亮光产生者,则色泽黯淡.如图一中所示,当太阳光线从A点进入水滴内,阳光中各色光的折射程度不一样,紫色光波长最短,其折射程度最大;红色光波长较长,其折射程度最小.其余各色则介乎其间,因此形成了一条内紫外红的光圈,所以我们看到的是内紫外红的彩色光带,它的视角(从地面至虹顶的角度)约为42度(如图二).
「霓」亦称副虹,和「虹」的不同仅在於形成过程中光线在雨滴内产生二次反射.因此,光线通过雨滴后射到我们眼内时,光弧彩色排列与虹正好相反,即是内红外紫的彩色光带.霓视角约为50度,与正虹为同心圆弧.偶而大气中会出现三次虹及更高次虹,但因光度低极为罕见.
虹与霓的色彩及宽度,与雨滴的大小有关.雨滴越大,虹带越窄,色彩也会更鲜明.相反来说,雨滴越小,虹带越宽,色彩就比较黯淡.但雨滴太小时,分光和反射不明显,也不会出现虹.此外,如果太阳的角度太大(例如在中午前后),或太小(近日出或日落)也不易看到虹.又因虹是阳光经雨滴反射进入观察者的缘故,所以永远出现在太阳的对面,因此朝虹见於西方,夕虹则见於东方.
光的色散与彩虹的形成
不同频率的色光相对於介质的射率并不相同,
太阳光本身包含有不同颜色(频率)的色光
因此太阳光产生折射时 不同颜色的光线折射角会不相同 而分开 於是形成色散现象,如右图!
如下图,当太阳所在天空中行进遇到细小的水滴时
少部份的光线会极反射回空气中,大部份光线会折射进入水滴内.
由於不同『颜色』的光线在水滴表面折射时偏向的程度不同,
於是水滴内不同颜色的光线便被稍微分开.
当光线第二次遇到水滴与空气的边界时,大部份的光线会很快又折射出去,
如上图中往右下方折射出去的光线.
少部份的光线则产生反射继续在水滴内直线行进,
直到第三次遇到水滴与空气的边界.
此时大部份被折射出去的光线,
因为经过两次折射不同颜色的光线分得更开,
有可能会形成我们所看到的「虹」(如图中往下方射出的光线).
至於少部份又被反射回水滴内的光线,
第四次遇到水滴与空气的边界时,依然大部份会被折射出去,
如图中朝上方射出去的光线.
这些光线因为射向天空,因此在地面上的人并无法看到.
但是另一束从水滴下方射入的光线,经过「折射-反射-反射-折射」的历程后便会射向地面.
这些分散的光束很可能形成所看到的「霓」.
上图将平行射向水滴光束所有红色光束在水滴内前三次折射的光径合并在一起.
射向图形右边第一次折射出去的光线约占90%.
往下方射出的光线有两处显得较密,分别对应所看到的「虹」与「霓」.
光线必须进入眼中才会被我们看见,因此对应上图的情形,
人必须面对右边,
也就是背对太阳时才有机会看到太阳光所形成的彩虹.
当太阳光线平行於地面时,可以在仰角40-42°附近看到「虹」,
更微弱的「霓」则可能在仰角51-54°附近被察觉.
背对太阳时,所有同时进入眼中成固定夹角的光线(如上图中42°的红光)是一个圆椎,
因此所看到的彩虹是圆弧形.
而且不同人所看到的彩虹,是从不同水滴折射出来的.
所见到同一道虹,蓝光与红光也是来自不同水滴折射出来的.
可以说每个人都看到专属於自己的彩虹. |
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