关于彩虹的5个问题你真的知道吗——动手造彩虹的正确姿势
作者&投稿：孔购 （若有异议请与网页底部的电邮联系）
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提起彩虹，七色拱这样再熟悉不过的印象是不是就浮现在了你的脑海里了呢？那么接下来的这些问题，你是不是又真的能回答上呢：
1、红色是在彩虹的内侧还是外侧？
2、彩虹的长度受哪些条件影响？
3、彩虹内侧和外侧的亮度哪边更亮？
4、一天中的什么时段容易看到彩虹？
5、在哪个方位（东、南、西、北）能够看到彩虹？
看到这些问题，是不是发现自己没有真正去了解过彩虹呢，是不是有的问题可能你知道答案，但是不知道为什么答案是这样？为了进一步了解彩虹的真相，就不得不从一滴水讲起。
这是一个不复杂的解释，若阅读觉得繁琐可以选择性直接跳到结论部分。
橙色的线条是一束光线，我们来看看进入一滴水珠后发生了什么，根据一点点物理知识就能知道，每次经过水滴表面，光线就会发生反射和折射，我们只关注图中橙色部分（蓝色细线为反射部分），经观察以及结合几何的相关知识可以得到一个结论：δ=180°+ 2i–4r，式中的i,r可由折射定理得到，经过计算（跳过计算部分）可以得到一个重要的结论，δ的最小值约为138度，自然φ的最小值大约为42度。
这个结论的意思就是橙色这条光线最后离开水滴时与入射光线的夹角φ最大只能有大约42度左右，那么如果在三维结构上考虑这件事情，入射光不是只有一束，而是一组平行光（比如阳光），那么我们就会得到形如光锥一样的反射光。
再进一步计算，根据红光的折射率（1.331）和蓝光的折射率（1.343），可以知道红光的φ值约为42.4度，蓝光的φ值约为40.7度，换句话说，光锥的表面为红光的范围，朝向圆心方向逐渐过渡彩虹的颜色到达蓝光的角度（彩虹的紫光肉眼不易观测），蓝光再以内，就是白光的范围（因为任何颜色的光都可以反射入这个范围内，白光是混合光），若我们在一个幕布上开一个孔，透过这个孔照射一滴水珠，幕布上就会得到一个水滴反射回的光锥
（Ps:一个不太合理的作图，彩虹部分没有绘制出来，只示意出红蓝边界的关系）
现实中的情况如下图所展示：
那么彩虹出现的两个必要条件就已经显而易见了，阳关和降雨，不过稍作分析还可以得到下面的结论
若是把自己的头顶和自己影子的连线向上转大约42度就可以看到彩虹的拱顶，随着太阳的升高，彩虹就会不断降低。
至此再回过头看开篇的问题就一目了然了，
1彩虹的外环是红色（这是对于主虹而言，副虹不作讨论）
2彩虹的长度受降雨区域面积和阳光的高度影响
3彩虹内侧更亮（因为内侧为白光区域，反射回更多的光）
4一天中看到彩虹的最佳时段是早晨或傍晚
5看彩虹要朝向是太阳的相反方向
所以如果想在晴天带着喷壶自己造个彩虹的话，不要忘了上面的相关条件哟。
1、红色是在彩虹的内侧还是外侧？
2、彩虹的长度受哪些条件影响？
3、彩虹内侧和外侧的亮度哪边更亮？
4、一天中的什么时段容易看到彩虹？
5、在哪个方位（东、南、西、北）能够看到彩虹？
看到这些问题，是不是发现自己没有真正去了解过彩虹呢，是不是有的问题可能你知道答案，但是不知道为什么答案是这样？为了进一步了解彩虹的真相，就不得不从一滴水讲起。
这是一个不复杂的解释，若阅读觉得繁琐可以选择性直接跳到结论部分。
橙色的线条是一束光线，我们来看看进入一滴水珠后发生了什么，根据一点点物理知识就能知道，每次经过水滴表面，光线就会发生反射和折射，我们只关注图中橙色部分（蓝色细线为反射部分），经观察以及结合几何的相关知识可以得到一个结论：δ=180°+ 2i–4r，式中的i,r可由折射定理得到，经过计算（跳过计算部分）可以得到一个重要的结论，δ的最小值约为138度，自然φ的最小值大约为42度。
这个结论的意思就是橙色这条光线最后离开水滴时与入射光线的夹角φ最大只能有大约42度左右，那么如果在三维结构上考虑这件事情，入射光不是只有一束，而是一组平行光（比如阳光），那么我们就会得到形如光锥一样的反射光。
再进一步计算，根据红光的折射率（1.331）和蓝光的折射率（1.343），可以知道红光的φ值约为42.4度，蓝光的φ值约为40.7度，换句话说，光锥的表面为红光的范围，朝向圆心方向逐渐过渡彩虹的颜色到达蓝光的角度（彩虹的紫光肉眼不易观测），蓝光再以内，就是白光的范围（因为任何颜色的光都可以反射入这个范围内，白光是混合光），若我们在一个幕布上开一个孔，透过这个孔照射一滴水珠，幕布上就会得到一个水滴反射回的光锥
（Ps:一个不太合理的作图，彩虹部分没有绘制出来，只示意出红蓝边界的关系）
现实中的情况如下图所展示：
那么彩虹出现的两个必要条件就已经显而易见了，阳关和降雨，不过稍作分析还可以得到下面的结论
若是把自己的头顶和自己影子的连线向上转大约42度就可以看到彩虹的拱顶，随着太阳的升高，彩虹就会不断降低。
至此再回过头看开篇的问题就一目了然了，
1彩虹的外环是红色（这是对于主虹而言，副虹不作讨论）
2彩虹的长度受降雨区域面积和阳光的高度影响
3彩虹内侧更亮（因为内侧为白光区域，反射回更多的光）
4一天中看到彩虹的最佳时段是早晨或傍晚
5看彩虹要朝向是太阳的相反方向
所以如果想在晴天带着喷壶自己造个彩虹的话，不要忘了上面的相关条件哟。
