🌈彩虹形成原理模拟 - 雨滴光路、42° 虹角、副虹与亚历山大暗带

如何使用彩虹形成原理

1. 1在「雨滴光路」页选择主虹或副虹，拖动画布或滑块改变光线高度 b，切换单条光线或一束平行光
2. 2对照偏向角曲线，看黄色笛卡尔光线如何对应最小偏向（虹角）
3. 3到「天空中的虹」调整太阳高度，观察主虹、副虹、暗带和颜色顺序
4. 4在「亮度与偏振」和「晕与其他光象」页查看各级虹的能量、偏振度和 22°、46° 晕

常见问题

为什么彩虹总在约 42° 处？

光线在雨滴内折射、反射、再折射后的偏向角 D 随入射高度变化，存在一个最小值。在最小值附近，很多不同高度的光线都以几乎相同的角度射出，亮度在那里堆积。对水（n ≈ 1.333），这个最小偏向约 138°，也就是离反日点（你影子头部方向）约 42°，所以彩虹是一个以反日点为中心、半径约 42° 的圆。

为什么副虹的颜色顺序和主虹相反？

副虹的光在水滴里多反射了一次，光路“翻转”了过来：它的最小偏向约 231°，对应离反日点约 51°。对主虹，红光虹角最大（在外圈）；对副虹，紫光虹角最大，所以副虹外紫内红。副虹多一次反射损失能量，亮度只有主虹的 40% 左右。

亚历山大暗带是什么？

主虹的光只能出现在 42° 以内（主虹内侧天空偏亮），副虹的光只能出现在 51° 以外。42° 到 51° 之间既没有一次反射的光也没有两次反射的光，天空明显更暗，这条带最早由古希腊的亚历山大（阿佛洛狄西亚的）描述，因此得名。

为什么中午很少看到彩虹？

彩虹以反日点为中心，反日点在地平线下方与太阳等高的位置。太阳高度超过约 42° 时，整个主虹都在地平线以下，站在地面上看不到；副虹在太阳高于约 51° 时也消失。所以彩虹多出现在早晨或傍晚，飞机上或高处则能看到整圈。

彩虹的光是偏振的吗？

是的，偏振度约 90% 以上。主虹的笛卡尔光线在水滴内壁的入射角约 40°，接近布儒斯特角（约 37°），p 偏振光几乎全部透射出去，只剩 s 偏振被反射，所以虹的光振动方向沿虹弧切线。戴偏振墨镜歪着头看，彩虹的一部分会消失。