双彩虹出现的概率有多高？背后的大气光学现象值得好好说说

2025-08-18 09:08:04发布 0次浏览

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无法精确量化，但可以说它比单彩虹少见，但绝非极其罕见。只要看到彩虹的条件成熟，并且仔细观察，有很大的机会能看到外侧的第二道彩虹（副虹）。

为什么无法精确量化？

依赖天气条件： 双彩虹的出现需要同时满足几个特定条件：阳光（足够强烈且角度低）、大量均匀的雨滴（在观察者背对太阳的方向）、以及合适的背景（较暗的天空）。 观测位置和角度： 观察者必须在太阳和雨幕之间，并且以特定的角度（相对于太阳）去看。不同位置的人看到的彩虹可能不同，甚至有人看不到。 缺乏系统性统计： 没有全球性的数据库记录每次彩虹和双彩虹的出现。 副虹的可见度： 副虹通常比主虹暗淡得多，容易被忽略，尤其是在明亮的天空背景下。很多人可能看到了但没注意到。

影响双彩虹出现和可见度的关键因素：

阳光强度： 阳光越强，形成的彩虹越明亮，副虹也越有可能被看到。 水滴大小和均匀度： 较大的水滴（直径0.5mm以上）能产生更鲜艳、更窄的彩虹。水滴大小均匀有助于形成清晰的彩虹。副虹对水滴大小和均匀度更敏感。 背景亮度： 副虹外侧的天空越暗（比如有乌云衬托），副虹就越容易被看到。明亮的天空会“洗掉”暗淡的副虹。 时间和地点：

时间： 清晨或傍晚太阳角度较低时（低于42度），彩虹的弧线更高，更容易在地平线上方看到完整的彩虹，也增加了看到双彩虹的机会。
地点： 多雨且阳光充足的地区（如热带、温带夏季的雷雨过后）看到彩虹（包括双彩虹）的机会更多。靠近瀑布、喷泉、洒水车等人工水源的地方，只要有阳光和观察角度合适，也能产生双彩虹。

观察者的注意力： 很多人只注意到明亮的主虹而忽略了外侧暗淡的副虹。知道双彩虹存在并特意寻找的人，看到的概率会大大增加。

总结概率： 可以说，在能看到主彩虹的情况下，有相当高的概率也能看到副虹，只要你仔细寻找它出现在主虹外侧、颜色顺序相反、亮度较暗的那道弧光。它比主虹少见主要是因为其亮度低，容易被忽略或背景光淹没，而非其形成机制本身极其稀有。

双彩虹背后的大气光学现象详解

双彩虹是阳光在水滴中发生反射和折射的完美体现，遵循精确的光学定律。

主虹：

形成过程：
- 阳光射入水滴。
- 在水滴与空气的界面发生折射（光线偏折），同时分散成不同颜色的光谱（色散），因为不同颜色的光波长不同，折射率也不同（紫光偏折最大，红光最小）。
- 光线到达水滴的后壁，发生一次内部反射。
- 反射后的光线再次到达水滴前壁，再次发生折射后射出水滴。
关键角度： 对于主虹，观察者看到的光线在水滴内经历了“折射-一次反射-折射”的路径。大部分光线会以相对于入射阳光约42度的角度射出（红光约42度，紫光约40度）。这就是为什么你背对太阳时，彩虹中心（反日点）与你的眼睛、太阳中心三点一线，彩虹出现在约42度的圆弧上。
颜色顺序： 因为紫光偏折更大，它位于虹的内侧（靠近反日点中心），红光偏折较小，位于外侧。所以主虹的颜色顺序是：外红内紫。

副虹：

形成过程：
- 阳光射入水滴。
- 发生折射和色散。
- 光线到达水滴后壁，发生第一次内部反射。
- 反射后的光线到达水滴前壁，但并未射出，而是再次发生第二次内部反射（这是与主虹的关键区别）。
- 经过两次反射的光线到达水滴后壁，再次发生折射后射出水滴。
关键角度： 副虹的光线经历了“折射-两次反射-折射”的路径。这导致光线以相对于入射阳光约51度的角度射出（红光约51度，紫光约53度）。因此副虹出现在主虹外侧更大的圆弧上（约51度）。
颜色顺序： 由于光线在水滴内经历了两次反射，光路被“翻转”了。原本偏折大的紫光，在射出时的角度比红光更大（相对于反日点），所以紫光位于副虹的外侧，红光在内侧。颜色顺序与主虹相反：外紫内红。
亮度较低的原因：
- 更多反射损失： 每一次反射和折射界面都会损失一部分光线能量。两次反射意味着比主虹（一次反射）更多的光能损失。
- 光路更长： 两次反射导致光在水滴内传播的路径更长，被水滴吸收和散射的光也更多。
- 光线更分散： 两次反射使得从水滴射出的光线角度分布更广，导致单位面积上的光强降低。

亚历山大暗带：

位于主虹和副虹之间的天空区域，通常显得比虹内和虹外的天空更暗。
原因： 这个区域的光线是那些进入水滴后，只经历了一次反射（应该形成主虹）但角度小于42度的光线，以及那些经历了两次反射（应该形成副虹）但角度大于51度的光线。这些光线要么射向地面（角度太小），要么射向天空（角度太大），极少有光线以40-50度之间的角度直接射入观察者的眼睛。因此，这个区域接收到的、来自雨滴的“彩虹光”最少，显得较暗。背景天空光（散射光）主导了这个区域，但其强度通常低于副虹外侧更广阔天空的背景光，所以形成暗带。

总结：

双彩虹是阳光在水滴中精确的反射和折射路径的体现：