Lyceum: 虹與霓的差異

我的小學老師的朋友在台中孔廟附近拍的照片

虹與霓都很清楚

在大氣中，虹與霓如果同時出現，必定是以同心圓的方式出現，而虹在內圈，霓是外圈。

為什麼呢？

這主要是因為光線通過空氣中的水分子產生「折射」的結果，由於水珠是個球形，所以光線在折射的時候，會有兩次折射或三次折射的可能，這就是虹與霓主要不同之處。如下圖：

摘自：彩虹的形成

這張圖解釋了當光線從左邊向右邊射過來，經過空氣中的水珠之後，二次折射的虹會與地面的觀測者形成 40 ~ 42 度的仰角關係，而三次折射的霓會與地面的觀測者形成 51 ~ 54 度的仰角關係。

這個仰角關係解釋了陽光角度、空氣中的水分分佈位置與觀測者位置的關係，如下圖，當陽光從觀測者的後方以水平入射的方式，進入觀測者前方仰角 40 ～ 42 度或是 51 ～ 54 度的空域時，如果那些關鍵區域恰巧有豐富的凝結水珠（水氣），那麼觀測者就能看到虹與霓。

問題：虹與霓一定會同時出現嗎？
答：不一定，這主要是要看那些關鍵區域的水氣是否充足，如果某些區域的水氣不足，那麼虹或是霓可能就不存在，或是有殘缺的現象。

問題：虹與霓的仰角都是同樣的角度嗎？
答：不一定，這與陽光的角度有關，我們剛剛討論的都是陽光以水平的方式入射大氣，這個時間通常是上午或是下午，所以當陽光以比較大的角度入射到大氣的時候（接近中午），觀察者會發現萬一出現虹或是霓的時候，他們的角度就會變小，反之，越接近清晨或是太陽下山的時候，虹或霓的位置就會高一些。