【給父母的科普知識私藏包】天空為什麼會有彩虹?

2019.04.01 (更新 2019.05.10)

by 胡妙芬 (親子天下小行星)

【給父母的科普知識私藏包】天空為什麼會有彩虹?

插畫|呼拉王

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當天邊出現彩虹時,不管大人小孩總會興奮的仰頭欣賞,看著彩虹,就是那麼令人心情喜悅,一起來認識彩虹為什麼是七種顏色、為什麼是圓弧形吧!

彩虹像是一座橋,高掛天邊,看得見卻摸不到。究竟彩虹是如何形成的? 對大人、小孩都不是一個容易理解的問題。以下是本期「小小探索家」單元(天空為什麼會有彩虹?)的知識私藏包,提供您與孩子在欣賞彩虹之餘,一同認識彩虹的成因。

Q1:彩虹為什麼是七彩?而不是五彩、六彩或八彩?

A:我們常說彩虹有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。但事實上,這七種顏色之間是漸層的,沒有明顯的分界線。比方說,你可以再從黃和綠之間切分出幾種差異細微的黃綠色,但是切這麼細,一點也不方便,所以我們還是只用明顯的七種顏色來做代表。

Q2:為什麼彩虹是圓弧形?而不是方形或三角形?

A:空氣中到處布滿水滴,陽光會以不同的角度射入水滴,再從水滴折射出來的角度也不一樣。照理說,我們應該會看到滿天的彩虹,而不是一道彩虹,不是嗎?

但事實上,只有一個角度的色光最強烈,能讓我們的眼睛感受得到,那就是跟陽光大約呈四十度到四十二度夾角的色光;所以,當我們站在一個定點,把所有視線與陽光入射角呈四十到四十二度夾角的點連起來,就會變成一道圓弧形的彩虹啦!

Q3:為什麼彩虹常常出現在下午?晚上會有彩虹嗎?

A:其實清晨也會出現彩虹喔!剛才我們提到彩虹的角度是和太陽光呈四十到四十二度夾角,所以當太陽很高的時候(例如正中午),折射的光線進不到我們的眼睛裡,我們是看不見彩虹的;必須在太陽比較低的時候,例如清晨或下午四點以後,我們才容易看得到彩虹。

至於晚上,晚上的彩虹叫做「晚虹」或「月虹」。顧名思義,它是月光的產物。當空氣中懸浮著許多水滴,月光又特別強烈的時候,天邊也跟白天一樣容易出現晚虹。只不過,在天色昏暗的狀況下看晚虹,我們的視覺很難分辨顏色,所以晚虹不像白天的虹那樣七彩,看起來整道白白的,別有一番韻味呢!

Q4:為什麼有時候天邊會同時出現兩道彩虹?是因為那天我們特別幸運嗎?

A:你的確很幸運,能同時欣賞到兩道彩虹,但是,如果你仔細觀察,會發現這兩道彩虹並不一樣,比較低的是「虹」,顏色由外往內依序是:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫;而位置比較高的是「霓」,顏色由外往內依序是:紫、靛、藍、綠、黃、橙、紅。

在這期《小行星》我們有提到,虹的形成是陽光在水滴裡折射、反射、再折射,但是如果有些光線多反射了一次,在水滴裡折射兩次、反射也兩次,就會在五十度到五十三度的夾角間出現一道顏色上下顛倒的彩虹,我們稱之為霓。

霓因為光線反射的次數比較多,所以光線會減弱,通常比虹來得暗。事實上,除了虹和霓以外,也可能會有第三道(反射三次)、第四道(反射四次)的彩虹……只是因為太暗了,我們的肉眼通常看不到。

Q5:妙妙喵說「紅光加綠光」會變成「黃色光」,但是我把紅色的顏料加綠色的顏料,會變成大便的顏色耶……為什麼不一樣呢?

A:呵呵,妙妙喵說的是「光的三原色」原理,而顏料混色根據的是「色彩的三原色」原理;真的不一樣,別搞混在一起。

光的三原色是紅、藍、綠,這是因為我們人類的眼睛視錐細胞,對不同的色光混合所產生的反應。換句話說,當紅光和綠光一起刺激我們的眼睛時,眼睛會把它們看成黃色。

但是顏料不一樣,色彩的三原色是紅、藍、黃,藍加黃變成綠,綠再加紅,就會得到很像便便的暗褐色,那跟色光在我們眼裡的混色是非常非常不一樣的,千萬別搞錯嘍!

作者簡介|胡妙芬

臺大動物研究所碩士,兒童科普教育領域教學專家,兒童科學網站「科學小芽子」站長,兒童科普、動物作家。

給孩子聽的知識故事:為什麼會出現彩虹?

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