冷知识！为什么我们看见的彩虹是弯的？

　想必很多人都见到过彩虹，一说到它你脑海里总能浮现出一道七色圆弧。但你知道彩虹为什么是弯的吗？彩虹真的是恰好七种颜色吗？下面就带大家来了解一下。

　 古代人对彩虹的观察和研究

　 对彩虹的研究最早可以追溯至公元前 4 世纪。亚里士多德是第一个认真研究彩虹的人，他曾指出彩虹最为重要的几个特征，比如：如果太阳在地平线上升起得不太高，彩虹就会出现。彩虹不会出现在夏日的中午，我们可以同时看到两条形状相同但颜色顺序排列相反的彩虹，其中外侧那条显得略为松散，彩虹主要由三种（或四种）颜色组成（现代的RGB三原色理论亦基于此），但是有一个很重要的现象亚里士多德并没有注意到，那就是两条虹中间的区域亮度较暗，直到公元约 200 年雅典哲学家亚历山大（Alexander of Aphrodisia）才观察到这个现象，所以后人就将这条暗带命名为“亚历山大暗带”（dark band of Alexander）。另外，亚里士多德对彩虹的解释并不正确，他认为只有大的镜子可以反射出物体的全部外形，他把天空中的水滴比做小镜子，认为这个镜子太小了，不可能反射出整个太阳，但是又必须得有什么东西反射出来，所以会有颜色呈现出来。而且，亚里士多德也没有注意到光的折射作用。

　

　在此之后，古罗马哲学家塞内卡、波斯物理学家海什木等人也都曾发表过自己的看法。中国北宋时期一位叫 孙思恭 的精通天文历算的进士也曾说过“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”（沈括《梦溪笔谈》），这些均只停留在对现象的思考上，没有更多深入和本质性的研究。 ?

　彩虹是怎么形成的

　 我们现在知道，彩虹的形成和光的折射有关。所以直到人们发现折射定律，彩虹问题才有条件被解决。光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射，入射光和折射光位于同一个平面上，且与法线的夹角满足如下关系：

　

　

　 其中， n1 和 n2 分别是两个介质的折射率，θ1 和 θ2 分别是入射光（或折射光）与法线的夹角，叫做入射角和折射角。这个定律最早在公元 984 年被波斯科学家 IbnSahl 精确描述。随后又被英国科学家 托马斯·哈利奥特 （1602 年）、荷兰物理学家 威理博?斯涅尔 （1621 年）、法国数学家笛卡尔（1637 年）等人先后独立发现这个定律。

　

　其中，笛卡尔利用折射定律，成功解释了彩虹是如何形成的。笛卡尔假想在一个AFZ 平面内，光线从AF处射出，人眼位于E 处。如果这时把一个代表水滴的圆球放在 BCD 处，那么D 部分将呈现全红色且比其它部分都更明亮。而无论是把球向前向后还是向左向右移动，这个现象均不会改变。笛卡尔测出此时的∠DEM 约为 42°（M 为彩虹的圆心）。之后他将∠DEM 调得稍大一些，观察到红光立刻就消失了，稍小一些，则能看到黄色、蓝色等其它颜色。在仔细检查BCD 处的球后，笛卡尔得出结论：光线AB在B点处射入球体发生折射打到C点，随后在C点处发生反射传递到D点，并在D点再次发生折射而出。

　

　

　

　上面这段话并不太好理解，转化成现代语言就是：以空中的一个水珠为例，如下图所示，光线在水滴内发生两次折射和一次反射。其中α为入射角，β为折射角。容易看到，角D（α）就是最后的光线偏离原始方向的角度。 ?

　为什么中午很难看到彩虹

　 顺带一说的是，你在中午几乎看不到彩虹。因为太阳位于底面圆心（即彩虹的圆心）与人眼连线的延长线上，这导致了彩虹不会出现在中午——太阳越高，彩虹的圆心将越往地平线以下偏移，这使得彩虹整体下移。当然如果从空中俯瞰的话，可以观察到完整的圆形彩虹。如果没有飞机，站在视野开阔的高山之巅也有可能看到。

　

　彩虹是七色的吗？

　 说完彩虹的形状，不妨再说说彩虹的颜色。一种广为流传的说法是彩虹由 7 种颜色组成。但事实上彩虹是一道由红色到紫色的连续光谱（“光谱”一词最先由牛顿创造），并非真的只是由7种泾渭分明的颜色组成。1665 年牛顿在棱镜实验中将可见光分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这7种颜色，实际是受到了来源于古希腊的毕达哥拉斯学派的影响。毕达哥拉斯学派认为数学是美的（比如他们搞出的“黄金分割”），在祷文中他们认为1是纯洁的，4是圣洁的，10是万物之母，而数字7则象征著完美。在牛顿之前，“七原色”（seven principal colours）的概念就已出现在中世纪的神秘主义和炼金术理论之中，并在文艺复兴时期成为遵行的颜色理论。 赶快将这篇文章分享出去吧！

原文出处：baikezsw