北京連續四天被「幸運彩虹」眷顧,少見的雙彩虹是怎麼形成的?

2021-01-20 北京科學中心

審核專家:佔明錦

中國氣象科學研究院博士

9月3日下午,許多北京市民發現,雨後天空出現了兩道彩虹,一大一小,像一道美麗的雙層拱門。

9月3日,北京天空出現了兩道彩虹 來源

而在此前三天,北京都出現了彩虹,這是北京連續四天出現了彩虹。

昨天,北京科學中心的上方也出現了彩虹

昨天,#北京連續三天出現彩虹# 上了熱搜,今天大家又紛紛討論#北京雙彩虹# 。

9月2日,北京天空也出現了兩道彩虹 來

京城最近頻頻被「幸運彩虹」眷顧,網友們開玩笑說:「北京的天空天天買熱搜。」

雖然,彩虹是一種很常見的自然景象,但即便如此,每當藍藍的天空升起美麗的彩虹時,仍能吸引大家的目光,此次少見的雙彩虹更是足夠「吸睛」!

那麼,雙彩虹究竟是怎樣形成的呢?為什麼很多時候,我們只能看到一道彩虹?

01虹、霓和雙彩虹,傻傻分不清楚?

想要知道雙彩虹的形成原理,我們需要先正確區分彩虹、霓虹和雙彩虹的關係。

雨過天晴,空氣中存在大量的水分,塵粒減少,能見度提高,太陽對面的天空中可能會出現彩色圓弧,按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的順序排列。

這種圓弧有時能見到兩個,紅色在外、紫色在內,顏色鮮豔的叫「虹」,也就是我們平常所說的「彩虹」;紅色在內、紫色在外,顏色較淡的叫「霓」。

「霓」與「虹」同時被看到的現象,我們就稱之為「雙彩虹」。

事實上,霓一定會跟隨虹存在,只是因為它的光線強度大部分時候都較低,無法被肉眼察覺。至於原因,我們需要從彩虹的形成原理講起。

雙彩虹,內圈為虹,外圈為霓 來源 | 百

02虹和霓的形成原理

早在中國唐朝時期,孔穎達在《禮記月令》一書疏注中寫道: 「若雲薄漏日,日照雨滴則虹生」,表明了虹是日光照射雨滴所產生的自然現象。

虹是光線通過水滴發生折射和反射形成的。實際上總共有三個步驟:兩次折射和一次反射,即太陽光照射到水滴上時發生的「折射-反射-折射」現象。

虹的形成原理 來源 | 百度

第一次折射:太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色組成的,當照射到水滴上時,由於這七種顏色光的波長不同,它們射入水滴後的偏向角度不同,使得太陽光分解為7種單色光。

第一次反射:折射後的單色光到達水滴邊緣,按照反射規律發生反射。

第二次折射:到達邊緣後的單色光將發生第二次折射,仍然以單色光的形式射出水滴,形成我們最終看到紅色在最外圈、藍紫色在最內的色彩斑斕的彩虹。

虹 來源 | Pexels

霓的形成與虹相似,只是太陽光在水滴內經歷了兩次折射和兩次反射,即「折射-反射-反射-折射」,由於相比虹的形成多了一次反射過程,最終我們看到的色彩排序就會恰好相反,呈現紅色在內、紫色在外的形式。

當我們在天空中看到「虹」時,就說明太陽光在水滴內進行折射和反射,也就意味著「霓」的存在,但是由於每一次的反射和折射都會消耗太陽光的能量,所以,只有當光的能量足夠大或者能力損失足夠小,我們才能看到「霓」。

當虹和霓共同被我們看到時,就呈現出了美麗的雙彩虹景象。

理論上來講,太陽光是可以在小水滴裡進行多重反射的。但是由於每一次,反射都會導致光的吸收和光的減弱。所以,通常我們最多只能看到兩條彩虹。

左上圖為霓的形成過程,右上圖為虹的形

03想要親眼捕捉到雙彩虹,你需要這樣做!

通過上文的講述,我們已經知道雙彩虹是在彩虹的基礎上形成的,但是對光的能量有更高的要求,所以我們先來看看彩虹的形成條件。

彩虹形成的基本條件是水汽和太陽光,水汽的充足與否和季節、地域相關。

從季節上講,一般冬天的氣溫較低,空中不容易存在小水滴,下雨的機會也少,所以冬天一般不會有彩虹出現。夏季熱對流天氣較多,雷雨、陣雨天氣頻繁,又常常是急匆匆地下完雨就放晴,因此更容易看到彩虹。

從地域上來說,彩虹的出現需要滿足一定的水汽條件,因此,在我國南方,雨水充沛、空氣溼潤的地方比較易見,出現雙彩虹美景的機率也更大。比如,廣西空氣溼度較高,甚至有時候不下雨也會出現彩虹美景。

很多人可能都在瀑布等水汽較多的地方見

具備了彩虹的形成條件後,想要看到雙彩虹,空氣裡的水滴大小是關鍵。空氣裡水滴的大小,決定了彩虹的色彩鮮豔程度。空氣中的水滴大,彩虹就鮮豔;水滴小,彩虹顏色就淡。

因此,想要看見雙彩虹,空氣中的雨滴需要較大,保證霓的顏色足夠鮮豔,才可以被肉眼看到。

當具備了充足且大小適宜的雨滴或是水汽,我們只需要背對著太陽,就可以看到到雙彩虹啦!

04彩虹竟然是圓環形的?

我們從地面上看彩虹是一個拱形,但實際上它是一個完整的圓環。

道理很簡單,只要想像一下,你站在地球之外看地球的狀態就可以了。

地球的表面是一個曲面,雨後空氣中的水汽也會按照地球的曲面分布,因此,身處地球之外看到的彩虹,應當是完整的圓環形狀。這也是為什麼從飛機上看到的彩虹,是完整的圓環形的原因。

一旦站在地球上,本來完整的彩虹便不再完整,這是因為另一半彩虹被地面擋住了。

換個角度看世界,你將擁有別人看不到的風景!

飛機上拍攝的圓環形彩虹 來源 | 百度

總結一下,雙彩虹現象由光在水滴中的折射和反射形成,內圈稱為虹,外圈稱為霓。相比虹,霓的形成需要多經歷一次反射,光的能量將受到更多的損失,也更不容易被肉眼看到。

所以,當我們看到耀眼的雙彩虹時,確實是非常幸運的!

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