揭开彩虹奥秘:牛顿解开神秘，探秘彩虹成因

夏日雨后，与太阳相对的一面往往会出现一个红橙黄绿青蓝紫的七色圆弧，颜色排列为内紫外红，圆弧的中心位于与太阳相对的一点，即“反日点”上，这个圆弧就是虹。有时还会看到两条同心圆弧同时出现，里面的一条颜色较深，叫主虹；外面的一条颜色浅，色彩排列为外紫内红，叫霓或副虹。多少世纪以来，人们对虹的成因是不大了解的，直到光色的秘密被发现以后，才知道虹是太阳光射入雨后晴空时，由于天空中许许多多的小水滴引起光线折射和反射所形成的。具体地说，太阳光射入空中的水滴内，发生二次折射和一次反射而形成了虹。

第一位对虹给出满意解释的人应该是笛卡儿。笛卡儿是法国哲学家、物理学家、数学家、生理学家、解析几何创始人。他结合理论研究而做的实验，引导推断出：颜色鲜明的虹，即主虹，是太阳光射入球状水沫而形成的；阳光在雨滴内部经过一次反射后，就从雨滴射出。主虹有时伴有一个副虹，又叫霓，它比较暗淡和模糊，出现在主虹的外侧。光线进入水滴后，经过两次内部反射，就会形成副虹。

笛卡儿虽然说明了虹的基本性质，却没能解释出虹为什么会呈现出艳丽色彩来。大约30年后，才由英国物理学家牛顿揭开了这个谜底。牛顿做过这样一个实验：把房间门窗全用黑布蒙上，只留一个小孔让光射进来，使光束射在对面的白墙上。然后在阳光经过的路上放一个玻璃三棱镜。这时，在另一边墙上可以看到很美丽的各种色光，散布成一个彩带。红色光偏离原入射方向少，紫色光偏离最多。这说明太阳光原来是由各种颜色的光所组成。虹的情形与此相似，小水滴的作用与三棱镜完全相当，所以就在空中产生了虹。牛顿认为，白色光是所有颜色光的混合物；而且，对于不同颜色的光来说，水或任何透明物质的折射率略有不同。在从空气通往水的时候，红色光线遭到的折射要比蓝色光线轻，因而红色光线离开细小水滴的方向跟蓝色光线的方向不同。出射光线的极大角度，变动于42度即光谱的红端至40度即光谱的紫端之间。每种颜色的虹弧，角度稍有不同。不同角度和不同颜色的虹弧重合在一起，成为一个连续的统一体，于是，便会使人们看到七色彩虹的美丽景色。霓的成因与虹类似，当光线通过水滴经过两次折射和两次反射便形成了霓。霓的颜色排列顺序与虹相反。(www.xing528.com)

在日常生活中，我们在许多地方都可以看到虹。比如，瀑布、天然喷泉或人工喷水，快艇的冲击波，碎浪的飞沫，汽车通过泥泞路面时轮胎溅起的水花以及草坪上的晶莹露珠，都有虹出现。有趣的是，有的蜘蛛网上往往垂挂着露珠，只要你细心观察的话，就会发现那一颗明亮的露珠上带有虹景光辉，在蛛网细密表面集满小水珠时，一旦你移动自己的头部，就会看见整个蛛网表面闪耀出时而主虹时而副虹的奇妙光华。再有，当你游泳把头带出水面时，在你的脸颊近旁，因呼气会产生一层水雾，这时，你的两眼能各看到一线虹景，你也许会认为，虹是成对的“双胞胎”。虹既然是一个以反日点为中心的圆弧，显然，当太阳位于地平线上时，虹恰好是一个半圆。随着太阳升高，虹就向地平线下降，也就是说，看到虹的范围越小。当太阳升到一定高度时，虹没入地平线以下，就看不见了。因此，在中低纬度地区，虹只有在太阳较低的早晨或黄昏才能看到，中午是看不到的。虹与天气变化有一定的关系。人们常根据虹在天空的位置推测当地未来的晴雨。“东虹日头西虹雨”是广为流传的一句谚语，因为虹是“日照雨”的现象，有雨滴时才有虹。虹在东方，表明东边的大气里有雨存在。我国大部分地区处在“西风带”，大气是有规律地自西向东运动的，东边的坏天气只会离我们越来越远，向东移去。如果虹在西方，表明西边的大气里有雨，随着大气的运动，雨水就很容易落到我们这个地方来。