大氣光學現象

 

虹 (Rainbows)

 

  虹是陽光以特定角度射入大氣中密集的水滴,發生折射及內反射,而產生的彩色光弧。通常光弧的中心位置在光源與觀測者之連接線之延長線上,即是觀測者影子所指的方向上。而由於陽光需要以特定的角度射入水滴才能夠形成虹,故此在低緯度的地區,虹只會在清晨及黃昏才可被看到。又由於這個緣故,清晨的虹會出現在西方,而黃昏的虹則出現在東方。

  各種虹之中最常見為正虹 (Primary Rainbow),是陽光經過水滴,發生兩次折射及一次內反射後所形成的,角半徑約為 42 度 ( 即觀測者影子所指的方向與圓弧之夾角為 42 度 ) 。由於各種顏色光線之折射率稍有不同,以紅光折射率最小,紫光最大,故此虹光弧的彩色排序為內紫外紅。有些時候,陽光經過水滴時可發生兩次折射及兩次內反射,此時在角半徑約為 51 度的位置上便會出現副虹 (Secondary Rainbow),又稱為霓。霓比虹較為少見,而其光度也比正虹為弱。又由於在霓的形成過程中,陽光較正虹形成時發生多一次內反射,因此霓光弧的彩色排序為內紅外紫。當然,陽光經過水滴時可以發生三次甚至更多次數的內反射,形成更高次的副虹,但是由於多次虹光度甚為微弱,所以非常罕見。

(圖右:State College, PA, 1973)

  虹的光度及寬度則與大氣中水滴的大小有關。當水滴為大的時候,光弧較窄但光度較高;相反當水滴為小的時候,光弧會較寬但會變得暗淡;當水滴更小的時候,則光弧會暗至不可觀測,又或不能夠形成虹。

  虹的出現有時可以暗示一個地區在未來一段時間的天氣狀況,就中國地區來說,由於高空盛行西風,雨區往往自西向東移動。假若見虹於西方,則表示西方有陰雨天氣,稍後便可能影響這個地區。虹的光度亦能暗示雨勢的強弱,如以上所述,如果所見的虹光弧窄而光度高的話,一場大雨可能即將要發生了。

 

文:阿汶

 

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