9月3日,北京喜現(xiàn)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(nóng)業(yè)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(shù)個小水滴。當太陽光射入小水滴時,會發(fā)生兩次折射和一次反射,即“折射—反射—折射”現(xiàn)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(xiàn)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(guī)律發(fā)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(fā)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(gòu)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(gòu)成最小夾角,其他光依序在其中分布,人們?nèi)庋垡姷降木褪峭饧t內(nèi)紫的“虹”。
當我們在天空中看到“虹”時,就說明太陽光在水滴內(nèi)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(nèi)經(jīng)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(xiàn)紅色在內(nèi)、紫色在外的形式。
但是太陽光經(jīng)過水滴后發(fā)生兩次反射的情況較發(fā)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(xiàn)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(jié)、地域相關(guān)。
從季節(jié)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(xiàn)。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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guān)鍵??諝饫锼蔚拇笮?,決定了彩虹的色彩鮮艷程度??諝庵械乃未?,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(huán)。
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(yīng)當是完整的圓環(huán)形狀。這也是為什么從飛機上看到的彩虹是完整的圓環(huán)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。