为什么有时天空会出现彩虹？
降雨前后，当太阳高度比较低时，我们背对太阳，在雨幕背景的天空中，有时可以看到一条彩色的圆弧形光带，其视半径为42°，色彩排列为内紫外红，这种彩孤称为虹，有时在虹的外侧，还会出现一个与虹弧同心，视半径为52°，色彩较淡，排列顺序为内红外紫的圆孤形光带，称为霓（副虹）。阳光是怎样通过水滴再到达观察者眼睛的呢？对于单色光来讲，光线达到水滴表面时，将会发生折射而进入水滴内部，如果水滴是球形的，光线又会达到水滴表面的另一面，并在水滴内表面上发生反射，反射后的光线从水滴另一处表面上再发生折射，进入大气，光线经过两次折射，一次反射，改变了原来传播方向，达到观察者眼中。
当光线入射角变化时，其偏向角将是不同的。一束平行光经过水滴以后，因为每条光线进入水滴时的入射角不同，出射光线是发散的。入射角大或入射角小都会形成较大的偏向角，只有对某一条入射光线，（某一入射角），偏向角达到最小数值，称为最小偏向角，在这个方向上的出射光，能量比较集中，出射光比较强，我们的眼睛只有在这个方向上才能看到明亮的色彩。虹就是具有最小偏向角的光线在空间的分布。
为什么我们看到的虹总是圆弧形的呢？因为太阳光是一束平行光，当光线射到雨幕上时，雨幕上每一个水滴都会改变入射阳光的方向，然而作为某一个观测者，他只能看到符合最小偏向角条件而射到眼中的光线。（如图所示,请点击中间的文字）所以
我们看到的虹总是圆弧形的。
为什么虹的色彩分布是内紫外红的呢？因为水滴对不同颜色的光线有不同的折射率，所以各种色光通过水滴的折射和反射后，它们的最小偏向角也就各不相同，红光最小偏向角最小，形成的角半径最大，而紫光的最小偏向角最大，形成的角半径最小，对某个观测者来说，天空中的某个水滴，只能将一种色光送入他的眼中，其它色光则是从其它的水滴中送过来的。人眼看到的是通过雨幕中较高的水滴送来的红光和较低水滴送来的紫光。所以我们看到的彩虹的色彩排列是内紫外红的，虹的角半径从40°26'（紫光）到42°18'（红光），考虑到太阳的视直径为32'，虹的宽度为2°14'，通常称42°
为主虹。
当光线在水滴内经过两次反射,
两次折射后，形成霓。由于两次内反射，使光线的最小偏向角减小到128°左右，因此，霓的视半径为52°，宽度为3°28',
色彩排列为内红外紫，与主虹相反。由于在水滴表面，每经过一次反射，能量就会减弱一些，因此，霓的亮度比虹弱得多，以致在很多情况下不易发现。
虹的出现与天气变化密切相关，我国大部分地区处于中纬度，系统性降水天气大多由西向东移动。虹的方位与太阳方位相反，如果早上在西方天空出现虹，表明西方雨区正在东移,
天气将变坏，如果在傍晚看到东方出现虹，表明西方已经转晴,
雨区已移过当地，天气将变好。因此，我国广泛流传着“东虹日头西虹雨”的谚语。
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