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彩虹，簡稱為(wei) “虹”，是一種光學現象。當太陽光照射到空氣中的水滴時，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光譜，一般為(wei) 雨後常見。我們(men) 從(cong) 地麵上看，彩虹是一個(ge) 拱形，但實際上它是一個(ge) 完整的圓環，這是為(wei) 什麽(me) 呢？
彩虹形成的基本條件是水汽和太陽光。下過雨後，空氣濕度較大，空氣中的水汽可以看做是無數個(ge) 小水滴。小水珠在空氣中基本是個(ge) 球形，它不管怎麽(me) 翻過來滾過去，在空間中形狀始終不變。當太陽光射入小水滴時，會(hui) 發生兩(liang) 次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”現象。照射到小水珠上不同部位的太陽光會(hui) 產(chan) 生不同的折射與(yu) 反射路徑。
但不同角度的光線並不任意發散，而是似乎集中在某一個(ge) 角度附近，這個(ge) 角度在42度左右。
雖然棱鏡分解太陽光時，每種顏色隻被折射到一個(ge) 固定的角度。但對於(yu) 水珠，某種顏色的光會(hui) 沿著0到42度的任意角度出來，隻不過在42度附近亮度最大。
我們(men) 可以想象一下，當我們(men) 拿著一粒水珠在太陽光中移動時，我們(men) 的視線和太陽光之間的夾角逐漸增加。當夾角接近42度時，水珠變成明亮的紫色；繼續增加這個(ge) 角度，水珠的顏色逐漸向紅色方向變化；等超過了可見光的範圍，水珠又會(hui) 變成昏暗的。
所以當天空中布滿了水珠時，有一部分水珠會(hui) 把太陽光折射反射再折射到我們(men) 的眼中，根據水珠與(yu) 太陽光以及我們(men) 眼睛的相對角度，每個(ge) 水珠呈現出一種顏色。凡是相對於(yu) 觀察者處於(yu) 相同出射角，也就是說呈現相同顏色的，都處於(yu) 同一個(ge) 圓上（確切說是同一個(ge) 錐麵上）。對觀察者來說，相同折射角的水珠都處於(yu) 一個(ge) 圓麵上，而相同折射角呈現的顏色相同，因而看到的相同顏色也是一個(ge) 圓。這就是為(wei) 什麽(me) 說彩虹是圓的原因。
我們(men) 為(wei) 什麽(me) 看到的是個(ge) 圓弧形呢？這是因為(wei) 另一半彩虹被地麵擋住了。
地球的表麵是一個(ge) 曲麵，雨後空氣中的水汽也會(hui) 按照地球的曲麵分布，但身處地球之外看到的彩虹，應當是完整的圓環形狀。這種情形有時在飛機上可以看到。
本文由中國人民大學附屬中學第二分校一級教師王和意進行科學性把關(guan) 。
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聯合出品
作者：李甜甜
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