雨過天晴時,出現在天上的彩色圓弧。外環暗淡較不清楚的是霓,內環鮮麗較明豔的是虹。如:「大雨過後,陽光乍現,天邊出現了一道霓虹。」

彩虹

彩虹,又稱天虹、絳等,簡稱虹,是氣象中的一種光學現象,當太陽光照射到半空中的水滴,光線被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光譜,彩虹的七彩顏色究竟是哪七種有不同的說法,東亞、中國對於七色光來說最普遍的說法是(從外至內):紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。 事實上彩虹有數百萬種顏色,比如,在紅色和橙色之間還有許多種細微差別的顏色,但為了簡便起見,所以只用七種顏色作為區別。

彩虹
其實只要空氣中有水滴,而陽光正在觀察者的背後以低角度照射,便可能產生可以觀察到的彩虹現象,彩虹最常在下午,雨後剛轉天晴時出現,這時空氣內塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因為仍有雨雲而較暗,而觀察者頭上或背後已沒有雲的遮擋而可見陽光,這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近,在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧,亦可以製造人工彩虹。

月虹,又稱晚虹,是一種非常罕見的現象,在月光強烈的晚上可能出現,由於人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辨顏色,故此晚虹看起來好像是全白色。

原理

彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴,造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射,在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈,造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時,陽光進入水滴,先折射一次,然後在水滴的背面反射,最後離開水滴時再折射一次,總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,紅光的折射率比藍光小,而藍光的偏向角度比紅光大。由於光在水滴內被反射,所以觀察者看見的光譜是倒過來,紅光在最上方,其他顏色在下。因此,彩虹和霓虹的高度不一樣,顏色的層遞順序也正好反過來。彩虹意旨光線經過兩次折射一次反射,霓虹則是光線經過兩次折射兩次反射。

「霓」是與「虹」相對應的一種自然現象。虹是下雨天以及在雨後天晴之際,陽光穿透還殘餘在空氣中的水珠而發生折射,散射出七彩的光芒。彩虹形狀多為弧形,出現在和太陽相對著的方向,從外(半徑大的)弧至內弧的顏色依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。霓也叫「副虹」,形成與彩虹原理大致相同,只是光線在水珠中的反射多了一次,彩帶排列的順序和彩虹相反,紅在內,紫在外。而彩虹和霓主要也是因為折射和反射的次數上之差別,導致色彩的排列剛好相反。


 雙重彩虹,外圈為霓,內圈為虹


彩虹其實並非出現在半空中的特定位置。它是觀察者看見的一種光學現象,彩虹看起來的所在位置,會隨著觀察者的位置改變而轉移。而一般看到彩虹也可能只是一半,並非全部(一座橋樣),主要也因為區域性的氣候上水氣濕度差別的影響當觀察者看到彩虹時,它的位置必定是在太陽的相反方向。彩虹的拱以內的中央,其實是被水滴反射,放大了的太陽影像。所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置,剛好是觀察者頭部影子的方向,虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置。因此當太陽在空中高於42度時,彩虹的位置將在地平線以下而不可見。這亦是為甚麼彩虹不會出現在中午的原因,主要和太陽光入射的角度有絕對的關係。

彩虹由一端至另一端,橫跨84°。以一般的35mm照相機,需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下。倘若在飛機上,會看見彩虹會是完整的圓形而不是拱形。

早在中國唐朝,孔穎達就提出了「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。其後,張志和還進行了人工造虹的試驗,證實了虹的產生是陽光通過水滴的結果。他還指出,要看到虹必須「背日」 。北宋時,精通天文曆算之學的進士孫彥先便提出「虹乃雨中日影也,日照雨則有之。」的說法,已解釋了彩虹乃是水滴對陽光的折射和反射 。孫彥先的發現後來也被宋代沈括的夢溪筆談所引用及證實,且沈括也細微地觀察到虹和太陽的位置與方向是相對的現象[4]。孫彥先和沈括等人對虹的這些發現比西方早了幾百年。1304年至1310年間,歐洲多明我會修士迪特里希·馮·弗賴貝格(Dietrich von Freiberg)通過把注滿水的圓形玻璃瓶置於太陽光下,研究虹的形成機理。他使用注滿水的玻璃瓶,不是將它看成縮微的雲,而是看成放大的水滴。笛卡爾在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗,得出水對光的折射指數,用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成,而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度,但未能解釋彩虹的七彩顏色。

後來牛頓以玻璃稜鏡展示把太陽光散射成彩色之後,關於彩虹的形成的光學原理才全部被發現。

變化

多重彩虹

虹與霓的特徵是外弧(霓)的顏色排列與內弧(虹)相反,在兩道弧之間是黑暗的亞歷山大帶。
大多數人因為沒有積極的去觀察而不會注意到霓,霓是經常出現在主虹外側昏暗的第二道彩虹。霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生的,出線的角度在50–53°(參看)。兩次反射的結果,使得霓的色彩排列和虹的弧相反,藍色在外而紅色在內。霓比虹暗弱,因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉,散布的區域也更為寬廣。在虹與霓之間未被照亮的天空,因為是亞歷山大最先描述的,所以被命名為亞歷山大帶。

更暗的第三道虹,甚至第四道虹,都曾經被拍攝過。這些是陽光在雨滴內經過三次或四次反射造成的。這些虹都出現在與太陽同一側的天空,第三道和太陽相距約40°,第四道則約為45°。因為陽光的關係,用肉眼很難看見。

Felix Billet (1808–1882) 敘述過更高階的虹,他描繪出第19道虹的位置,並稱此種模式為"彩虹玫瑰"。在實驗室內,使用更明亮的光線和準直良好的雷射,可以觀察到更高階的虹。據報吳等多人在1998年使用類似的方法,以氬離子雷射光束達到200階的虹。


反射虹和被反射虹


當彩虹出現在水面的物體上時,來自不同光路互補的兩個鏡弧可能分別出現在水面上和水面下。它們的名稱略有不同,如果水面是平靜的(參件上方的圖片)被反射虹將呈現鏡像出現在水面的地平線下方。陽光在抵達觀測者之前首先受到雨滴的偏折,然後經過水面的反射。被反射虹,至少是一部分,經常可見,甚至在小水坑都可見。

當陽光在抵達雨滴前先被水面反射,它可能生成反射虹(見右圖),如果水面夠大,整個表面也是平靜的,並靠近雨幕,反射虹便可能出現在地平線之上。它與正常的彩虹交會在地平線處,並且它的弧會在天空的較高處,因為它的中心在地平線之上,而正常彩虹的中心在地平線之下。由於需要上述條件的配合,反射虹是很罕見的。

如果反射的弧再被反射,並且霓反射弧和他的反射弧同時都出現,同時出現6條(或是8條)彩帶也是可能的。

全圓彩虹

全圓彩虹導因於雨滴對陽光的「內反射」所造成的,因為雨滴和空氣的折射率不同導致

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BD%A9%E8%99%B9
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你是否常在雨過天晴的天邊看見絢麗奪目的七彩光帶呢?驚豔的同時常會帶點興奮口吻道出"彩虹"耶!倘若仔細觀察偶而還能見到兩條並列的光帶,其中第一道顏色較鮮艷的光帶我們稱之為「虹」或「正虹」  ( Primary Rainbow  ),而偶而可見的第二道光帶則稱之為  「  霓  」或「副虹」 (  Secondary Rainbow  )。

」形成原因是光線以一定角度照射在大氣中無數的水滴,再經過折射、分光、內反射、再折射等光學過程所造成的大氣現象。此現象若由太陽光線產生者,顏色鮮明;由月亮光產生者,則色澤黯淡。如圖一中所示,當太陽光線從A點進入水滴內,陽光中各色光的折射程度不一樣,紫色光波長最短,其折射程度最大;紅色光波長較長,其折射程度最小。其餘各色則介乎其間,因此形成了一條內紫外紅的光圈,所以我們看到的是內紫外紅的彩色光帶,它的視角(從地面至虹頂的角度)約為42度(如圖二)。

 

」亦稱副虹,和「虹」的不同僅在於形成過程中光線在雨滴內產生二次反射。因此,光線通過雨滴後射到我們眼內時,光弧彩色排列與虹正好相反,即是內紅外紫的彩色光帶。霓視角約為50度,與正虹為同心圓弧。偶而大氣中會出現三次虹及更高次虹,但因光度低極為罕見。

虹與霓的色彩及寬度,與雨滴的大小有關。雨滴越大,虹帶越窄,色彩也會更鮮明。相反來說,雨滴越小,虹帶越寬,色彩就比較黯淡。但雨滴太小時,分光和反射不明顯,也不會出現虹。此外,如果太陽的角度太大(例如在中午前後),或太小(近日出或日落)也不易看到虹。又因虹是陽光經雨滴反射進入觀察者的緣故,所以永遠出現在太陽的對面,因此朝虹見於西方,夕虹則見於東方。

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霓虹燈

霓虹燈是一種內含氣體的燈,通常用於廣告招牌等用途。

「霓虹燈」是半英語音譯。英語稱為「neon lamp」(直譯:氖燈)。「霓虹」發音近似於英語的「neon」並在漢語裏有彩虹的含義。

霓虹燈通常為一條玻璃管,內含低壓氖氣或其他惰性氣體,以微弱的直流或交流電經過管子而產生橙紅色的光線。在交流電激發的霓虹燈,兩個電極皆會產生光,而以直流電激發的霓虹燈,只有負極會產生光。此現象令霓虹燈可用以分辨直流與交流電電源,及分辨直流電的兩極。

管內氣體的實際成份為99.5%氖氣及0.5%氬氣,比純氖氣有較低的運作電壓。

歷史

霓虹燈首先由Nikola Tesla在1893年的芝加哥博覽會(World's Columbian Exposition)進行示範,但其創意並未有申請專利。Georges Claude在1902年發明霓虹燈,並在1910年向公眾展示。

在1898年,英國化學家雷姆賽(Sir William Ramsay)和特拉弗(Dr Morris Travers)兩人,把空氣中的氧和氮用化學方法移除後,在液態空氣中發現了一種奇怪又稀少的氣體。這種氣體無色、無味、無嗅,而且不會被燃燒。但當他們把這種氣體密封在一條半真空的玻璃管中,在玻璃管的兩端通上電流,原來沒有任何顏色的玻璃管,卻會射出鮮艷的紅光來。就是這樣,世界上第一支霓虹燈誕生了。他們面對著這種奇異的氣體和這美麗的光彩下,他們稱這種新發現的氣體為「氖」(Neon),氖(Neon)在希臘文中的意思是「新」。

充在燈管中能發出紅光的種氣體是氖氣。但是單是紅色的霓虹燈是不夠的。若要霓虹燈產生不同的色彩,這時需要以綠、黃色,藍色、白色的螢光粉作為輔助。例如將藍色的螢光粉塗在玻璃管的內壁上,把玻璃管彎製成所需要的文字或花紋圖案後裝上電極,並把玻璃管內的空氣抽乾淨,再充進氖氣,即成粉紅色的霓虹燈。如果塗上了藍色螢光粉的燈管中充入氬氣和水銀,就成了藍色的霓虹燈;若塗有綠色螢光粉的燈管中充入氖氣,就成了橙紅色;如果把氖氣改為氬氣和水銀,便會成為綠色霓虹燈。

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9C%93%E8%99%B9%E7%87%88

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