不經歷風雨怎能見彩虹？沒有人能隨隨便便成功……想必這首歌大家都聽過，這首歌把彩虹比作了歷經磨難後的成功，可見人們對彩虹的態度還是很尊敬的。那麼一提起彩虹，你會腦補出什麼樣的畫面呢？是不是雨後天邊那一道彩色的弧呢？
很多人應該都見過彩虹，就算沒有見過，至少在書上或者電視電腦上也見過彩虹的圖片，但你知道彩虹為什麼是一道彎彎的弧嗎？另外彩虹真的是恰好七種顏色嗎？今天來為大家揭曉這些秘密。
據說，亞里斯多德是第一個認真研究彩虹的人，他曾指出彩虹最為重要的幾個特徵，比如：如果太陽在地平線上升起得不太高，彩虹就會出現，彩虹不會出現在夏日的中午；我們可以同時看到兩條形狀相同但顏色順序排列相反的彩虹，其中外側那條顯得略為鬆散；彩虹主要由三種顏色組成。
但是有一個很重要的現象亞里斯多德並沒有注意到，那就是兩條虹中間的區域亮度較暗，直到公元約200 年雅典哲學家亞歷山大才觀察到這個現象，所以後人就將這條暗帶命名為「亞歷山大暗帶」。另外，亞里斯多德對彩虹的解釋並不正確，他認為只有大的鏡子可以反射出物體的全部外形，他把天空中的水滴比做小鏡子，認為這個鏡子太小了，不可能反射出整個太陽，但是又必須得有什麼東西反射出來，所以會有顏色呈現出來。而且亞里斯多德也沒有注意到光的折射作用。
在此之後，古羅馬哲學家塞內卡、波斯物理學家海什木等人也都曾發表過自己的看法。中國北宋時期一位叫孫思恭的精通天文歷算的進士也曾說過「虹乃雨中日影也，日照雨則有之」，這些均只停留在對現象的思考上，沒有更多深入和本質性的研究。
那麼彩虹究竟是怎麼形成的呢？現代科學研究證明，彩虹的形成和光的折射有關。所以直到人們發現折射定律，彩虹問題才有條件被解決。因為科學術語太強的解釋難以理解，小編就儘量把它解釋為「人話」：
彩虹是由於陽光照射空中的圓形小水滴，經過一系列折射以及反射後形成的景象，陽光是從不同角度射入水滴的，反射出的光線也朝向不同的角度，而只有某個特定角度（大約是40°到42°）的光線的強度最強，只有這個角度的光線進入人眼後，人才能看到彩虹。因此，如果以人眼為中心，沿平行於太陽光的方向做一條軸線，那麼以同一角度進入人眼的光線就會圍繞這條軸線形成一個圓錐面。傍晚的太陽光方向幾乎平行於地面，這時圓錐面映入人眼以後近似是一個完整的圓環，如果陽光不平行於地面，圓錐面一部分被地勢遮住，這時人看到的彩虹就是一段圓弧了。
聽懂了嗎？如果參考科學家最專業的解釋，估計很多人更難理解。再來說說彩虹的顏色吧，彩虹真的是七色的嗎？很多廣為流傳的說法都說彩虹由七種顏色組成。但事實上彩虹是一道由紅色到紫色的連續光譜，並非真的只是由七種涇渭分明的顏色組成。
1665 年牛頓在稜鏡實驗中將可見光分為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這七種顏色，實際是受到了來源於古希臘的畢達哥拉斯學派的影響。畢達哥拉斯學派認為數學是美的，在禱文中他們認為數字1是純潔的，數字4 是聖潔的，數字10 是萬物之母，而數字7 則象徵著完美。在牛頓之前「七原色」的概念其實就已出現在中世紀的神秘主義和鍊金術理論之中，並在文藝復興時期成為人人遵行的顏色理論。
由於不同顏色光的波長都不相同，所以彩虹實際就是可見光的色散，介質就是雨後天空中的水滴。人的眼睛可以感知的電磁波波長一般在400 到700 納米之間，而這隻佔寬廣的電磁波譜的極小部分。
雖然牛頓在對彩虹的研究中頗有發現，但是在對彩虹的進一步闡釋中，由於牛頓深陷於光的粒子性理論之中，因此無法解釋「復虹」（有時在一條彩虹的內部還可以看到幾條模糊的彩虹）的存在。
直到 1801 年，英國科學家託馬斯·楊意識到了光在一定條件下還具有波的性質，並用雙縫實驗給予了有力的證明。隨後他用「光的幹涉」理論完美解釋了復虹現象：當兩條光束從同一個水滴沿相同方向散播出來的時候，它們彼此之間會發生幹涉。若兩光束的光程相差半波長的奇數倍，則到達觀察者的光強彼此削弱；若相差整數波長，則光強相互增強。由此造成了一系列位於彩虹內側的明暗相同的光帶。根據這一解釋，「復虹」又被稱為「幹涉虹」。
在上文中我們分析的彩虹又可稱為「主虹」。在主虹上方，我們有時還能看到「副虹」，也就是文章開頭提到的亞里斯多德觀察到的兩條形狀相同但顏色順序排列相反的彩虹的外一層，即我們常說的「霓」。虹是光在水滴內經過了兩次折射和一次反射的結果，霓的形成則比虹在水滴內多經歷了一次反射，導致它的顏色排布與虹的顏色排布順序相反。霓中不同顏色的光線的彩虹角約在 51°左右，所以它比虹顯得要高。在自然界中，我們最多能觀察到一條副虹，而更高階的副虹則可以通過實驗手段製得。
到這裡，霓虹之間的「亞歷山大暗帶」也可以得到解釋了：人眼所能捕捉的光線幾乎全部集中在彩虹線及以下處，而幾乎沒有或者很少有光線高於彩虹線射出，所以虹的上半部是是偏暗的。彩虹線以下射出的光束基本上都是混合了光譜的顏色，呈可見光白色，所以虹的內部要更明亮。霓的分析與之相對，由此形成「亞歷山大黑帶」（也就是仰角大約在 42°到 51°之間）。
一道美麗的彩虹，看似只是大自然恩賜給人類的一道美麗風景，實則包涵了太多的科學知識，這也不得不讓人類感嘆自己在大自然中是多麼的渺小。「造物主」還真是很神奇呀！