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天時、地利,彩虹橋

作者於6/13攝於師大分部

作者於6/13攝於師大分部

6/13星期五的下午,雨停了;Facebook也被洗了板,洗板的不是大雨,而是彩虹。或許有些人對於小學自然或中學理化有些印象,知道與折射有關,也記得三棱鏡的實驗之類的…而印象再多一些的朋友,或許也還記得各種不同顏色的光,是來自於太陽不同波長的光,而七色光合在一起又會變成我們常見的白光。不過,或許比較少人可以說出,為何6/13那天僅只有台北、新北、桃園一帶可以看到彩虹,而像拱橋般彩虹其實也有特定會看到的時間,接著我們從陽光開始,探索「彩虹橋」!

電磁波段,圖片來自維基共享資源,作者為Philip Ronan,CC3.0授權

電磁波段,圖片來自維基共享資源,作者為Philip Ronan,CC3.0授權

太陽光的秘密

其實也不能說是什麼秘密,太陽光本身就是許多電磁波波段的總合,如上圖所示,但我們肉眼所能看到的可見光波段僅僅只有400nm~700nm左右的波段,其它的部分僅能仰賴儀器偵測,而大多數的太陽輻射會被大氣層擋掉,也只有可見光、紅外線與紫外線等波段會到達地表。光譜上的不同顏色也不是只有一種單一的波段,而是一個區段,其邊界是模糊的,不是說紅光接著就突然變成橘光,所以我們無論以三棱鏡或是觀察彩虹,都會發現光譜是連續性漸變的。而提到光譜,就不得不說一下光譜對於天文學上的貢獻:進行恆星的研究與分類,譬如偏向藍色光的恆星溫度較高,而偏向紅色的恆星則較低;近一點如太陽,人類亦會利用不同波段的觀測方式去理解太陽產生的不同活動,如下圖所示。

圖片取自NASA網頁

彩虹的成因

其實以下面這張圖就可以簡單的說明虹的成因,上面兩個是白光進入水滴後,不同折射的方式,左上是霓,右上是虹,而下方則是觀測者從地面看虹與霓的樣子,可以想見的是,只要觀測者的位置一動,看到虹的光線路徑(圖中線條)也會不同,也就是說,我們人人看到的彩虹都不能算是同一條啊!由此便可以知道,由於折射反射次數增加,要看到霓的角度也會增加,我們看到的彩虹位置,其實是我們向上看出去的方向,和光線來的方向的交會點,光線又是從太陽來的,所以當太陽在不同位置時,我們看到的彩虹高度也不太相同。一般來說,下午的雨後,比較容易見到彩虹,隨著太陽越來越低,我們看到的彩虹也會逐漸升高,而正中午時,彩虹形成的方向在地平線以下,自然就看不到了。

彩虹成因,圖片來自維基共享資源,作者為Peo,cc3.0授權

彩虹成因,圖片來自維基共享資源,作者為Peo,cc3.0授權

為什麼彩虹出現時,只有一些地方看得到?

在6月13日的徬晚時分,在臺北市、新北市和桃園一帶,有許多民眾都看到了彩虹,只是還有很多地方雖然也像台北一樣大雨剛過,但卻看不到彩虹,其實最大的差別就是在天氣呢!在13日的徬晚的衛星雲圖可以看到,那時臺灣中南部由於低氣壓產生的雲系靠近,雲層較厚,但北部地區正好是雨後時分,而且東側還有許多水氣存在,正好是看到彩虹的要素之一,另一個要素,則是陽光來自的方向,北部地區的西側海面上正好吹著北風,把大部分的水氣和雲給吹向南方,所以那時正好陽光可以輕易穿透北部地區,所以那時我們抬起頭向陽光的反方向看,便能看見彩虹。不過,只要我們往南一點點,或是往東一點點,雲層變厚時,陽光就不容易穿透,看到彩虹的機會也就大幅降低,也就是說,能不能看到彩虹,可以說是要看天氣、看時間和看位置呢!

底圖取自中央氣象局衛星雲圖

底圖取自中央氣象局衛星雲圖

本文同時發布於作者部落格地球故事書

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關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。