一、光的 “三棱镜”：水滴如何分解阳光？
阳光看似无色透明，实则是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色混合而成的 “白光”。当它穿过空气中的小水滴时，就像进入了无数个微型三棱镜。由于不同颜色的光波长不同 —— 红光最长（620-750 纳米），紫光最短（380-450 纳米），它们在水滴中的折射角度也不同：波长越长，折射角越小，红光因此 “跑” 得最快，而紫光则被 “折弯” 得最明显。这种现象被称为光的色散，正是它让原本混合的白光分离成了七彩光谱。
具体来说，光线进入水滴时会发生第一次折射，随后在水滴内壁反射一次，最后第二次折射出水滴。这两次折射和一次反射的路径，使得不同颜色的光以不同角度射向观察者的眼睛，最终形成了我们看到的彩虹。
二、彩虹的 “黄金角度”：为什么总是 42°？
如果你仔细观察，会发现彩虹始终呈现出一个完美的圆弧，这与光线在水滴中的折射角度密切相关。科学家通过计算发现，当光线以约 59.4° 的入射角进入水滴时，折射后的光线会在水滴内形成一个最小偏转角——138°，而观察者看到的彩虹角度则是这个偏转角的补角，即 42°。这意味着，只有当太阳位于观察者背后，且雨滴出现在前方 42° 左右的位置时，彩虹才会显现。
有趣的是，不同颜色的光对应的彩虹角略有差异：红光的彩虹角约为 42.37°，蓝光约为 40.65°，因此彩虹的外圈是红色，内圈是紫色。这种角度差异使得彩虹呈现出清晰的分层结构，就像大自然精心绘制的光谱图。
三、彩虹的 “孪生姐妹”：双彩虹与月虹
除了常见的主彩虹，有时我们还能看到双彩虹—— 在主彩虹外侧，一道颜色顺序相反、亮度更暗的 “霓” 若隐若现。霓的形成原理与主彩虹类似，但光线在水滴内部经历了两次反射，导致颜色顺序颠倒（外层为紫色，内层为红色），且由于多了一次反射，能量损失更大，因此看起来更加暗淡。
更罕见的是月虹，它是月光在雨滴中折射形成的彩虹。由于月光强度远低于阳光，月虹通常呈现出白色或淡彩色，需要在满月之夜、降雨后且天空足够暗的条件下才能观测到。例如，美国肯塔基州的坎伯兰瀑布就以 “月光彩虹” 闻名，每年吸引无数游客前来一睹这一奇观。
四、从神话到科学：人类对彩虹的认知变迁
在古代，彩虹常被赋予神秘色彩。中国古人认为彩虹是 “天地之气交” 的象征，而西方则流传着 “彩虹是上帝与人类立约的记号” 的传说。直到 17 世纪，牛顿通过三棱镜实验首次证明白光由七色光组成，才为彩虹的形成奠定了科学基础。1637 年，笛卡尔通过球形烧瓶模拟水滴，精确计算出彩虹的角度；1801 年，托马斯・杨通过双缝干涉实验揭示了光的波动性，进一步完善了彩虹的理论模型。
值得骄傲的是，中国古人对彩虹的观察早于西方。唐代孔颖达提出 “日照雨滴则虹生”，北宋孙彦先更指出 “虹乃雨中日影”，比西方科学家早了数百年。这些智慧的火花，展现了古人对自然现象敏锐的洞察力。
五、如何亲手 “制造” 彩虹？
其实，彩虹并不只属于天空。你可以在晴朗的日子里，背对阳光用喷雾器喷水，或者站在瀑布、喷泉旁，就能看到迷你版的彩虹。这是因为这些场景中都存在大量悬浮的小水滴，满足了彩虹形成的条件。此外，你还可以用三棱镜、CD 光盘等物品，通过折射或衍射让白光分解成七彩光谱，感受光的神奇魔力。