原因

　　彩虹是因?yàn)殛?yáng)光射到空中接近圓形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。陽(yáng)光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射，在水滴內(nèi)也是以不同的角度反射。當(dāng)中以40-42度的反射最為強(qiáng)烈，形成人們所見(jiàn)到的彩虹。

　　其實(shí)只要空氣中有水滴，而陽(yáng)光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象。彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出現(xiàn)。這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^暗。而觀察者頭上或背后已沒(méi)有云的遮擋而可見(jiàn)陽(yáng)光，這樣彩虹便會(huì)較容易被看到。虹的出現(xiàn)與當(dāng)時(shí)天氣變化相聯(lián)系，一般人們從虹出現(xiàn)在天空中的位置可以推測(cè)當(dāng)時(shí)將出現(xiàn)晴天或雨天。東方出現(xiàn)虹時(shí)，本地是不大容易下雨的，而西方出現(xiàn)虹時(shí)，本地下雨的可能性卻很大。

　　彩虹的明顯程度，取決于空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下雨的機(jī)會(huì)也少，所以冬天一般不會(huì)有彩虹出現(xiàn)。

　　彎曲原因

　　事實(shí)上如果條件合適的話，可以看到整圈圓形的彩虹(例如峨眉山的佛光)。形成這種反射時(shí)，陽(yáng)光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離開(kāi)水滴時(shí)再折射一次，最后射向人們的眼睛。

　　光穿越水滴時(shí)彎曲的程度，視光的波長(zhǎng)(即顏色)而定——紅色光的彎曲度最大，橙色光與黃色光次之，依此類(lèi)推，彎曲最少的是紫色光。

　　因?yàn)樗畬?duì)光有色散的作用，不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同，藍(lán)光的折射角度比紅光大。由于光在水滴內(nèi)被反射，所以觀察者看見(jiàn)的光譜是倒過(guò)來(lái)，紅光在最上方，其他顏色在下。

　　每種顏色各有特定的彎曲角度，陽(yáng)光中的紅色光，折射的角度是42度，藍(lán)色光的折射角度只有40度，所以每種顏色在天空中出現(xiàn)的位置都不同。

　　若用一條假想線，連接后腦勺和太陽(yáng)，那么與這條線呈42度夾角的地方，就是紅色所在的位置。這些不同的位置勾勒出一個(gè)弧。既然藍(lán)色與假想線只呈 40度夾角，所以彩虹上的藍(lán)弧總是在紅色的下面。

　　倒掛的彩虹又是怎么回事?

　　“環(huán)天頂弧”是氣象學(xué)中一種稀有現(xiàn)象，因?yàn)樗男纬晌恢孟喈?dāng)高，很少被人注意到，常被稱之為“倒掛彩虹”或“天空的微笑”， 它形成于和太陽(yáng)同一側(cè)的天空，并且以不超過(guò)四分之一圓周的長(zhǎng)度環(huán)繞天頂。

　　天空晴朗，云層非常少，同時(shí)陽(yáng)光還得以一定的角度照射在距離地面6100米-7625米的云層中的細(xì)小的冰晶上形成折射。同時(shí)，云層中的冰晶表面一定得是彎曲的，且顆粒比鹽粒還要小。

　　當(dāng)太陽(yáng)身處天空下方，日光與冰晶扁平面相接觸時(shí)，光線在每個(gè)晶體內(nèi)都發(fā)生了彎曲，折射出包括紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛藍(lán)、藍(lán)紫色等彩虹特有的七色光譜。

　　由于卷云所含的冰晶粒子不斷移動(dòng)位置，因此環(huán)天頂弧現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間非常短暫。

　　具體過(guò)程分解是這樣：

　　形成環(huán)天頂弧的太陽(yáng)光會(huì)從冰晶的平坦頂面進(jìn)入，從其中一個(gè)棱鏡面射出。幾乎平行的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)角度90°的棱鏡折射后將是寬色分離和較單純的顏色。環(huán)天頂弧只能在太陽(yáng)的仰角低于32.2°時(shí)形成。當(dāng)太陽(yáng)的仰角在22°時(shí)的環(huán)天頂弧最明亮，因?yàn)檫@時(shí)的太陽(yáng)光進(jìn)入和離開(kāi)冰晶時(shí)的偏向角最小;這時(shí)形成的環(huán)天頂弧長(zhǎng)度22°，寬度3°。環(huán)天頂弧的長(zhǎng)度因?yàn)樘?yáng)仰角的不同而在32.2°和0°之間變化，并且在這兩個(gè)極值的環(huán)天頂弧亮度會(huì)非常微弱。當(dāng)太陽(yáng)的仰角高于32.2°，光線會(huì)從冰晶的底部離開(kāi)，會(huì)形成幾乎只有單色的幻日環(huán)。