双彩虹是怎么形成的？为什么会有圆形彩虹？

彩虹是一种比较常见的自然现象，在早晨和傍晚，雨后阳光中就有可能出现。前些时候，广州天空中就出现了壮观的双彩虹。

这还不算特别稀奇的，因为双彩虹其实还是挺常见的，而这次网友还拍到了圆形的双彩虹！

这估计是99.99%以上同学现实中从来没有见过的了吧？你以为这就完了吗？没完！如果圆形的双彩虹你从前还能在网上看见过，那么下面这个图在今天以前你一定没看见过?与中国第一高塔，广州地标广州塔小蛮腰完美相切的圆形双彩虹！

这样的圆形彩虹你应该见不到第二张了（^_^）。看不清？来一张局部放大的吧：

那么彩虹是怎么形成的呢？双彩虹又是怎么形成的呢？为什么我们平常看不到圆形的彩虹？如果你有这些疑问，这篇文章将为你解答。

要解答这个问题之前，我们要先了解一个基本常识：光的色散现象。这是由史上最伟大的科学家艾萨克牛顿在三棱镜分光实验中发现的，当太阳光以一定的角度入射三棱镜后，经过折射会被分解成不同颜色的光，这种现象称为光的色散。

我们现在知道，这是由于白色的太阳光是由不同波长的光组成的，不同的波长的可见光对应了不同的颜色，波长最长的可见光为红色，波长最短的为紫色。不同波长的光在介质中具有不同的折射率，红光的折射率较低，紫光的折射率较高，这导致它们以相同的角度入射介质以后会以不同的角度出射，这样就产生了色散。

彩虹形成的原因，就是太阳光照射空气中的小水珠后经过折射-反射-再折射后产生色散的现象。我们先看一下太阳光在水珠中的行进路径：

上图是代表太阳光中的红光在水滴中产生的折射与反射过程，而由于不同波长的光在水滴中的折射率并不一样，所以我们来看看折射率更高的紫光的折射和反射路径：

由于不同的折射率，太阳光入射同一个水滴后，会把红光和紫光散射向不同的方向，紫光散射的方向更高，所以在这一个水滴里，我们只能看到反射的红光。要把紫光刚好也这样折射在反射到我们的眼里，太阳光需要照射更低的水滴，因此，我们看到那道明亮的彩虹的颜色是上面是红光，下面是紫光。

那么问题来了，它为什么是弧形的？这就是由于那个折射率导致的。在上面的折射-反射路径图中，有没有留意我下面标注了一个角度?42?？这就是太阳光经过水滴反射到我们眼里时所产生的折射率。以太阳和你的连线作为圆心，以42度为夹角画一个圆就是你能看到的圆形彩虹了，但由于大部分情况下，彩虹的下半部分是被地平线遮挡的，所以我们通常只能看到半圆弧的彩虹，这同时也是我们为什么只能在清晨和傍晚看到彩虹的原因。

知道这个弧形的成因你就会明白为什么有的时候能看见圆形的彩虹，答案很简单，只要你站得足够高，以至圆形彩虹的下半部分不被遮挡，就能看见一个完整的圆形彩虹了。你能看到的圆形彩虹相片，无一例外都是从高空拍摄的。

那么问题又来了，双彩虹那个黯淡的外圈又是怎么回事呢？那一圈我们一般称为副虹，古时候又称为霓，与明亮的主虹合称为霓虹，晚上五颜六色的霓虹灯就是以此得名的。

副虹其实是由于水滴对太阳光的二次折射反射导致的。由于上面的光路折射-反射图大家已经大概知道光路的原理了，所以这个图我就画简单一点，也不标注文字了，大家只要能看明白上面两个图就应该能看明白这个。

当太阳光经过这样的二次折射和反射，红光和紫光的上下位置就逆转了，红光需要照射更低的水滴才能反射进我们的眼睛，因此我们看到副虹的颜色顺序跟主虹是相反的。副虹经过二次折射-反射后，夹角达到约51度，因此它处在主虹的外围。同时由于经过了二次反射，被反射的光会大量减少，毕竟水滴本身是透光的，所以副虹一般比较暗淡，很多时候是看不见的。