为什么下完雨会有彩虹：光的折射原理

为什么下完雨会有彩虹，雨后空气中悬浮大量细小球形水滴，太阳光射入水滴会依次发生折射、反射、再折射，白光被拆分红橙黄绿蓝靛紫单色光，形成弧形彩虹，观测时你必须背对太阳，太阳高度角低于42°，水滴颗粒直径大于0.1毫米，晴空无厚重云层遮挡，水滴过小只会出现淡雾虹，无法形成清晰主彩虹。

彩虹形成的光学过程

太阳光属于复色光，混合了多种波长的可见光，不同颜色光在水中传播速度存在差异，折射率各不相同。阳光进入水滴表面时发生第一次折射，光线方向改变，不同色光开始分开。分开后的光线抵达水滴后壁，发生一次内反射，光线转向，再从水滴前壁射出，完成第二次折射。两次折射将复色光分解，色散后的各色光以固定角度射向观测者眼睛，人眼就看到分层彩色光带。主虹对应的最大观测角度约42度，这个数值来自光学领域对水滴色散的经典测算。

水滴尺寸直接决定彩虹清晰度。

直径1毫米左右的大雨滴，色散效果明显，彩虹色彩浓烈，轮廓锐利。直径0.1到0.5毫米的小雨滴，生成的彩虹颜色偏浅，边缘模糊。直径小于0.05毫米的微小雾滴，色散效果弱化，形成雾虹，雾虹颜色很浅，大多呈现白色或淡灰白色，很难分辨出七色。雨滴落到地面后，空中水滴快速消散，彩虹随之消失。

彩虹的观测条件与边界限制

彩虹不是实体，没有固定位置，它是光线、水滴、人眼三者构成的视觉效果，空中不存在彩色光带。同一时间，不同位置的人看到的不是同一个彩虹，每个人的彩虹都由各自视线路径上的水滴生成。你移动位置，对应的水滴集合发生变化，彩虹的位置和形态也跟着改变。正午太阳位置过高，太阳高度角超过42°，光线无法完成对应的折射反射路径，绝大多数地区正午雨后看不到彩虹。

表中对比主虹、副虹、雾虹的关键特征，区分不同雨后光现象。

副虹也叫霓，在主虹外侧，亮度明显更低，颜色顺序颠倒。光线在水滴内部完成两次内反射后射出，能量损耗更多，所以霓的亮度弱于主虹。副虹对应的观测角度大约51度，出现时会和主虹成对存在，很多雨后场景中，副虹亮度太低，容易被忽略。

人造场景也可以复刻彩虹，用喷雾器喷出细密水珠，背对强光光源，光源高度压低到合适角度，就能短暂观察到小型彩虹。如果喷出的水珠大小不均，色散效果不稳定，彩色光带会快速晃动、断裂。

雪、冰雹颗粒无法形成常规彩虹，不规则固体颗粒不能稳定完成球面折射与内反射，色散光路被打乱。

高空云层中的冰晶可以产生日晕，日晕常被误认成彩虹，二者光学机制完全不同，日晕依靠冰晶折射反射，和液态水滴生成的彩虹不属于同类现象。