彩虹从哪里来？——追着光去旅行
雨过天晴，太阳从云后探出头，天空上突然出现了一座弯弯的七彩桥。有人说它是女娲补天的彩石，有人说它是通往仙境的桥。可这座“桥”没有桥墩，摸不着也走不上去。它到底是什么？为什么总是那几种颜色、还总是弯弯的？今天，我们一起当一次“追光小侦探”，把彩虹（rainbow）的秘密查个水落石出！
一、天空中的七彩桥
我们平时见到的彩虹，几乎总是在雨过天晴时出现：一边还飘着小雨，一边太阳已经露了出来。彩虹总是挂在太阳的对面——你背对着太阳，彩虹就在你正前方。
凑近看，彩虹的颜色是有规律的：最外面一圈是红色，最里面一圈是紫色，中间依次是橙、黄、绿、蓝、靛。习惯上，我们说彩虹有七种颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫（red, orange, yellow, green, blue, indigo, violet）。
小提示：有的书里把“靛”写成“青”，指的是蓝色和紫色之间那段颜色，说的是同一种颜色。
把下面这个颜色顺序记在心里——后面我们会发现，这个顺序不是随便排的。
从外圈到内圈依次是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
顺口溜：红橙黄绿蓝靛紫，从外到内不忘记。
二、白光里藏着一整道彩虹
彩虹不是天空临时“变”出来的，它其实一直藏在太阳光里。
太阳光看起来是白色的，所以我们叫它白光（white light）。但白光并不是一种“单纯”的光，而是许多种颜色的光混合在一起的结果。就像一碗八宝粥，看起来是一碗，尝起来却有各种味道。
英国科学家牛顿（Isaac Newton）在 1666 年做了一个著名实验：让一束太阳光穿过一块三角形的玻璃——三棱镜（prism）。奇怪的事发生了：白光从另一面出来时，变成了一条彩色的光带，红橙黄绿蓝靛紫排得整整齐齐。牛顿把这条彩色光带叫作光谱（spectrum）。
原来，白光穿过玻璃时被“拆开”了。不同颜色的光在玻璃里拐弯的程度不一样：红光拐得最少，紫光拐得最多，于是它们分开、排成了队。这个现象叫色散（dispersion）。
为什么红光拐弯少、紫光拐弯多？因为不同颜色的光波长（wavelength）不同。波长可以理解成光“抖动”一次走过的距离。红光的波长最长（约 650 纳米），紫光的波长最短（约 400 纳米）。波长越短，进入玻璃或水里时拐弯就越厉害。
其实你不必专门找三棱镜也能看到色散：把光盘（CD）的记录面斜对着阳光慢慢转动，能看到彩虹色；吹出的肥皂泡表面也泛着彩色；用喷壶背对太阳喷水，水雾里会冒出小彩虹。它们用的都是同一个道理——白光被“拆开”了。
白光 = 多种颜色的光混合在一起。
不同颜色的光经过玻璃或水时拐弯不同：红光拐弯少，紫光拐弯多，于是白光被拆成一条彩带（光谱）。这个过程就是色散。
三、一滴水就是一面小棱镜
天空中的彩虹，是无数小水滴一起完成的杰作。
下雨后，空气里飘着许多圆圆的小水滴。一束太阳光照进一滴水，会发生三件事：
- 折射（refraction）：光从空气进入水滴时拐一个弯。不同颜色的光拐弯不同，白光开始散开。
- 反射（reflection）：光碰到水滴的内壁，像碰到镜子一样弹回来。
- 再折射：光从水滴里穿出来时，又拐一次弯，颜色散得更开。
一进、一弹、一出，白光就被水滴拆成了七彩。千千万万个小水滴同时这样做，我们看到的，就是一条巨大的彩虹。
科学家算出一个神奇的角度：约 42°。红光从水滴里出来后，和原来的阳光方向大约成 42° 的夹角；紫光大约成 40°。这正是彩虹总是挂在“太阳对面方向、离反日点约 42°”的原因。
- 折射——光进入水滴，开始散开；
- 反射——光在水滴内壁弹回；
- 再折射——光离开水滴，颜色完全分开。
红光约在 42° 方向射出，紫光约在 40° 方向射出。
四、彩虹为什么总是弯的？
把阳光的方向延长到太阳的正对面——也就是你影子的头顶方向——那里有一个看不见的点，叫反日点（anti-solar point）。
所有能把红光送进你眼睛的小水滴，都位于以反日点为中心、张角 42° 的一个大圆上。换句话说，彩虹本来就是一个完整的圆！
我们站在地面上时，圆的下半部分被大地挡住，所以只能看到上半段——一条弯弯的拱桥。如果你在飞机上，或者站在很高的山上往下看，有时能看到一整个圆形的彩虹。
有时，主彩虹的外面还会出现第二道更淡的彩虹，叫霓（secondary rainbow）。霓是光在水滴里反射了两次才出来的，所以更暗，而且颜色顺序正好反过来：霓的外圈是紫色，内圈是红色。
两道彩虹之间，天空常常比别处暗一些，这段暗带叫亚历山大暗带（Alexander's dark band）。
彩虹是一个完整的圆，圆心在反日点；地面挡住下半部分，所以我们看到弧形。
双彩虹中，外面那道叫霓，颜色顺序与主彩虹相反。
五、动手做：把彩虹请回家
想亲手“召唤”彩虹吗？挑一个阳光好的日子试试下面的方法。记住关键一点：一定要背对着太阳。
方法一：喷水壶造彩虹
把喷水壶装满水，背对太阳，朝空中喷出细密的水雾。慢慢调整角度，你会在水雾里看到一小段彩虹。
方法二：镜子 + 水盆
把一面小镜子斜着放进装了水的盆里，让阳光照到镜子上，再反射到墙壁。慢慢转动镜子，墙上会出现一条彩色的光带。
方法三：光盘与肥皂泡
把光盘的记录面斜对着阳光慢慢转动，能看到彩虹色；吹一个肥皂泡，泡泡表面也会浮现彩色的条纹。
观察的时候想一想：你看到的光带里，红色和紫色各在哪一边？它们对应光拐弯多还是拐弯少？
六、小侦探挑战
主彩虹从外到内是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，红色在最外圈，紫色在最内圈。
白光由许多颜色的光混合而成。牛顿用三棱镜把白光拆成了红橙黄绿蓝靛紫的彩色光谱。
光从空气进入水滴（或玻璃）时方向改变，叫折射；不同颜色折射程度不同，白光被拆开，叫色散。
彩虹本来是一个完整的圆，但地面挡住了下半部分，所以我们只看到上半段弧形。
主彩虹叫“虹”，外面更淡、颜色相反的叫“霓”。霓的光在水滴里多反射了一次。
七、把彩虹装进脑海
现在，彩虹不再神秘了。它不是什么桥，而是太阳光 + 小水滴 + 光的折射与反射一起完成的光学魔术。
太阳光里混着各种颜色的光；光进入小水滴时发生折射和反射，不同颜色拐弯不同，被拆成光谱。红光约在 42° 方向射向我们，所以彩虹是一个以反日点为圆心、半径约 42° 的圆，地面只让我们看到弧。