你好!欢迎收听《张辰亮:给孩子的博物启蒙课》,我是张辰亮,你可以叫我小亮老师。今天我们要探讨的问题是:为什么无论你往哪儿跑,都正好站在太阳和彩虹的中间?这个问题似乎很简单,但其实涉及到很多科学原理。那么,我们就从这个问题开始,一步步地揭开彩虹的神秘面纱吧!
首先,让我们来说说彩虹的“虹”字。你知道它的写法吗?左边是虫子旁,右边是工人的工。这是因为中国人最开始认为彩虹就是一个像大虫子一样的动物,这个动物有两个头,也就是彩虹的两端。那么,彩虹的圆弧形部分就是它的身子,它的左右两个头都啃在地上,就是这样的一种动物。你觉得中国的文字是不是很形象?
接下来,我们来谈谈“虹”的字形演进。你觉得弯弯的彩虹还像什么?我小时候就认为它像一座桥,每次看到彩虹都想跑过去,看看是不是真的有一座桥立在那。但我发现不管朝着彩虹怎么跑,我都没有办法跑到它面前,这个是为什么呢?今天我和你一起探讨这个问题。
请你回忆一下,看到彩虹都是在什么时候?是在大中午呢,还是在夜里?是在清晨,还是在傍晚?我想绝大多数人都是在傍晚。比如,下了一下午的大雨,到傍晚了,云开雾散,太阳也快下山了,但是还没完全落下,这时候云彩被染成了金色,城市里的高楼也都变成了夕阳的金色。这个时候,在太阳的另一端,也就是东边的天空上一般会出现一个很大很大的彩虹桥。
你还会发现:自己无论怎么走,永远都正好站在太阳和彩虹的中间。彩虹和太阳永远不会出现在同一侧。这是什么原因呢?了解彩虹形成的原因,你就知道答案了。
科学家经过几百年的观测和推算,发现彩虹出现的规律是一定会出现在太阳的反日点。什么是反日点?就是你的脸面向太阳,伸出你的一只胳膊,把这个指尖对准太阳,然后伸出另一个胳膊往正后方指,这个点就是反日点。换句话说呢,太阳如果在天的东边,彩虹一定在西边;如果太阳在天的西边,彩虹一定在东边。而看到彩虹的你,一定是在太阳和彩虹中间。太阳和彩虹绝对不会出现在你的同一边。
科学家还发现,如果我们在地面上想看见彩虹的话,太阳位置不能太高。所以在中午,我们是见不到彩虹的。因为这个时候太阳已经升得太高了。而且太阳位置越低,彩虹的这个弧就越大。为什么呢?我们可以像刚才一样模拟一下。
你可以将你的双臂伸直,一只胳膊向左,另一只胳膊向右,使手臂呈180度角,形成一条直线。一边是太阳的方向,另一边就是彩虹的方向。假设现在你左手边是太阳,将左手抬高,同时保持两只手臂成一条直线,你会看到右手,也就是彩虹,需要放低。因此,太阳越高,彩虹就越低;太阳越低,彩虹就越高。我们通常在傍晚和清晨看到彩虹,是因为这时太阳位置较低,使得彩虹桥非常高,比大树和大楼还要高,所有人都能看到。
实际上,城市里也会出现很低的彩虹,但我们看不见,因为它太低了,很容易被树木和建筑物遮挡。只有在草原、海边等没有遮挡的地方,才可能看到那种非常低的彩虹,仅露出地面一点点头,这种彩虹被称为“低虹”。如果你去海边,可以留意一下。
那么为什么彩虹总是出现在雨后呢?其实,下雨过程中是没有彩虹的,因为此时是阴天,太阳被云彩挡住了。没有阳光也就没有彩虹。而当雨刚刚结束,云彩刚刚飘离我们的头顶时,太阳也出来了,但云彩仍然在不远处下雨。因此,不远处的空气中仍有许多小水滴。阳光穿透这些水滴,在水滴内发生一次反射和两次折射。这意味着太阳光线在水滴中碰撞了一下,拐了三个弯。原本白色的太阳光在水滴中拐了3个弯之后,就会被散射成七种颜色的光,即彩虹的颜色。这七种颜色的光从水滴中射出,进入我们的眼睛,我们便看到了彩虹。
光的路线图:
那么彩虹有哪几种颜色呢?你可能会脱口而出:“当然是七种啦,红橙黄绿青蓝紫。”然而,如果你学了物理学,老师会告诉你这个说法是不对的。正确的规定是:“红橙黄绿蓝靛紫”。但实际上,彩虹并不只有七种颜色。彩虹的颜色是一个连续分布的颜色带。例如,红色和橙色之间有很多无数的过渡颜色渐变到橙色。红色和橙色之间并没有明确的分界线,说这边全是红色,那边全是橙色。
那是谁规定彩虹有这七种颜色呢?答案是牛顿!牛顿之所以将彩虹分成七种颜色,是因为他受到了古希腊著名科学家毕达哥拉斯的影响。毕达哥拉斯认为“七”代表完美的数字,所以牛顿将彩虹的颜色分为七种。但你要知道的是,彩虹实际上有无数种颜色。
现在回到我们最初提出的问题:我们能否到达彩虹的脚下?答案是不能的。因为彩虹只是一种光学现象。
彩虹的形成原理是阳光射到空气中的小水滴,经过折射、反射和再次折射后产生色散及反射而形成的。当阳光照射到小水滴时,会以不同角度入射。阳光进入水滴后先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次。由于水对光有色散的作用,不同波长的光折射率有所不同,蓝光的折射角度比红光更大。因此,各种颜色的光会分散开来,形成我们所看到的彩虹 。
还有一种情况是,在下雾的时候,有时候也会出现彩虹。这是因为雾的水滴比下雨的水滴要小,所以七种颜色的光就会发生变化,掺杂在一起形成白色。因此,雾虹看起来是一个白色的弧形,很难看出七种颜色的光来。
这跟太阳产生的彩虹原理类似。如果月亮在合适的位置升起来,恰好赶上在下雨或下雾的时候,也会产生月虹。但是由于月亮的光线比太阳要暗淡得多,所以月虹通常非常昏暗,一般人很难注意到。只有一些非常有心的人才能观察到这种现象。因此,为了能欣赏到美丽的月虹,我们也要保护好我们的眼睛。
总之,今天我们了解了彩虹的形成原理和条件,以及彩虹不仅仅是七种颜色。我们还认识了低虹、霓、干涉虹、雾虹和月虹等不太常见的彩虹类型。你记住了吗?不妨给爸爸妈妈或者小伙伴讲述一下为什么我们不能到达彩虹脚下吧!
你还记得自己第一次见到彩虹的地方吗?欢迎在留言中告诉我哦!好了,今天的博物启蒙课就到这里。我是小亮老师,期待下次再见!