折射、反射和色散（棱镜效应），主角是阳光和空中的水滴。以下是详细解析：
核心原理：阳光 + 水滴 = 光的分解与重组
光源： 阳光（白光）是彩虹的能量来源。白光由不同波长（颜色）的光混合而成。
“棱镜”： 空中的小水滴（通常是雨后或瀑布、喷泉附近）充当了微小的、球形的棱镜。
关键过程： 当一束阳光射入水滴时，会发生以下一系列光学现象：
- 折射（进入水滴）： 阳光从空气进入密度更大的水滴时，会发生折射（光线在界面处改变方向）。不同颜色（波长）的光在水中的折射率不同（色散的开始）：
- 紫光（波长最短）折射得最厉害（偏折角度最大）。
- 红光（波长最长）折射得最少（偏折角度最小）。
- 内部反射： 折射后的光线到达水滴的内壁后壁时，大部分会发生一次反射（对于主虹）或两次反射（对于副虹/霓）。
- 再次折射（离开水滴）： 反射后的光线在离开水滴，从水进入空气时，会再次发生折射。这次折射进一步加剧了不同颜色光线的分离（色散完成）。
色散（棱镜效应）： 正是水滴对不同颜色光线的
折射率差异，导致了白光被分解成连续的彩色光谱（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）。这个过程就是
色散，与棱镜分解白光的原理完全相同。水滴就像一个微小的球形棱镜。
主虹（Primary Rainbow）的形成
光路： 阳光射入水滴 →
折射（开始色散） →
一次内部反射 →
再次折射（完成色散） → 离开水滴进入人眼。
角度： 对于主虹，红光在水滴内部经过一次反射后，以相对于原始入射阳光方向约
42度的最小偏转角离开水滴。紫光的偏转角稍大，约
40度。
观察： 只有那些以特定角度（约40-42度）进入人眼的光线，才能被人看到形成彩虹。这意味着：
- 观察者必须背对太阳。
- 彩虹会出现在太阳的相反方向。
- 彩虹是一个圆弧：因为只有在一个固定角度（约42度）的圆锥面上，来自无数水滴的、满足最小偏转角条件的红光（以及其他颜色光）才能同时进入你的眼睛。这个圆锥的顶点是你的眼睛，轴线是从太阳指向你眼睛的反方向（即你的影子方向）。地平线截断了这个圆锥，所以通常只能看到半圆；在飞机或高山上可能看到完整的圆环。
颜色顺序： 主虹的外圈是
红色（偏转角42度），内圈是
紫色（偏转角40度）。因为红光偏转角最大，它来自位置更高（相对于观察者眼睛和太阳连线）的水滴；紫光偏转角最小，来自位置更低的水滴。
副虹/霓（Secondary Rainbow）的形成
光路： 阳光射入水滴 →
折射（开始色散） →
两次内部反射 →
再次折射（完成色散） → 离开水滴进入人眼。
角度： 由于多了一次反射，光线的路径更长，损耗更大（所以霓比虹暗）。红光经过两次反射后，以相对于原始入射阳光方向约
50-53度的
最大偏转角离开水滴。紫光的偏转角稍小，约
54度。
观察： 同样，只有那些以特定角度（约50-54度）进入人眼的光线才能形成霓。它出现在主虹的外侧，角度更大。
颜色顺序： 霓的颜色顺序与主虹
相反：外圈是
紫色（偏转角54度），内圈是
红色（偏转角50度）。这是因为两次反射导致了光路“翻转”，使得紫光这次以更大的偏转角离开，红光以更小的偏转角离开。
关键要点总结
特征
主虹 (Primary Rainbow)
副虹/霓 (Secondary Rainbow)
形成关键
一次内部反射
两次内部反射
亮度
较亮
较暗（光线损失更多）
位置
内侧，离太阳反方向约
42度 的圆弧
外侧，在主虹之上，约
50-54度 的圆弧
颜色顺序
外圈：
红 -> 内圈：
紫
外圈：
紫 -> 内圈：
红 (与主虹相反)
色带
清晰、鲜艳
较模糊、暗淡
中间区域
主虹与霓之间是相对较暗的
亚历山大暗带
其他重要因素
- 水滴大小： 水滴的大小影响彩虹的清晰度和颜色饱和度。直径在0.5mm到2mm之间的雨滴效果最佳。太小的水滴（如雾）会产生颜色发白的宽虹（雾虹），太大的水滴会使彩虹颜色变淡、变宽甚至几乎消失。
- 水滴形状： 理想的球形水滴能产生最完美的彩虹。雨滴在下降过程中会因空气阻力而稍微变扁，这会使彩虹略微变宽。
- 光源： 虽然阳光最常见，但月光（月虹）或其他强光源（如探照灯）照射到合适的水滴上也能形成彩虹，只是月光虹通常很暗淡，呈现白色。
棱镜效应的直观理解
你可以用一个简单的三棱镜实验来模拟水滴的作用：
让一束白光（手电筒光）斜射入玻璃棱镜的一个面。
光线在进入玻璃时发生
折射，不同颜色光折射角度不同（色散开始）。
光线在棱镜内部传播（相当于水滴内部）。
光线到达棱镜另一个面离开时，再次发生
折射，不同颜色光进一步分离（色散完成）。
在棱镜后的白纸上或墙上，你会看到展开的彩色光谱带（红到紫）。
水滴就是无数个微小的、球形的“棱镜”，阳光穿过它们，经过折射-反射-折射的路径，最终将白光分解并投射到天空中特定的角度位置，形成了我们看到的绚丽彩虹。
