你见过会“燃烧”的彩虹吗？解密火彩虹形成的光学奇迹与大气条件密码

你提到的“燃烧的彩虹”正是大自然中令人惊叹的光学奇观——火彩虹！这个名字非常形象生动，但它其实既不是火，也不是彩虹，它的科学名称是环地平弧。

让我们一起来解密这个“燃烧”的彩虹是如何形成的，揭开它背后的光学奇迹和苛刻的大气条件密码：

• 关键介质： 环地平弧的形成完全依赖于卷云层中的冰晶。这些冰晶必须是六边形板状的，并且像盘子一样水平漂浮在大气中。
• 光的折射与色散： 当高空的阳光（接近平行光）以特定角度（90度）射入这些水平排列的六边形板状冰晶的垂直侧面时，会发生关键的物理过程：
  • 折射： 光线进入冰晶时发生第一次折射（弯曲）。
  • 色散： 由于不同颜色的光（波长不同）在冰晶中折射率不同，白光被分解成七彩光谱（就像棱镜一样）。
  • 全内反射（关键一步）： 在冰晶内部，分散开的光线会照射到冰晶的底面。由于冰和空气的折射率差，当入射角足够大时，光线会在底面发生全内反射（就像光线在水里照射到水面时的全反射）。
  • 再次折射与射出： 经过全内反射的光线，最终从冰晶的另一个垂直侧面（与入射面垂直）再次折射射出。
• 形成彩色光带： 经过这一系列过程（入射-折射-色散-全内反射-再次折射-射出），阳光被有效地“过滤”和“弯曲”了。只有满足特定入射角（90度）和路径的光线才能最终进入观察者的眼睛，并且由于色散作用，不同颜色的光以略微不同的角度射出，在天空中形成一条近乎水平的、极其鲜艳的彩色光带。

环地平弧之所以罕见，是因为它需要多种严苛的大气条件同时满足：

• 时间限制： 通常只有在春末、夏季和初秋的中午前后几小时（接近正午时太阳最高）才有可能看到。
• 纬度限制： 在中高纬度地区（纬度大于约55度的地方），即使在夏至，太阳高度角也可能达不到58度，因此在这些地区几乎不可能看到环地平弧。在中低纬度地区（例如中国大部分地区、美国南部、欧洲南部等）的夏季，才有机会满足这一条件。

• 鲜艳的色彩： 由于冰晶内部光路非常“干净”，色散效率高，环地平弧的颜色通常比彩虹更加鲜艳、饱和、纯粹，尤其是红色和橙色部分非常突出。
• 火焰般的形态： 它通常呈现为一条水平或略向上弯曲的、宽阔的彩色光带，位于高空中，有时跨度很大，看起来就像一道巨大的彩虹被“点燃”并水平地铺展在天空中。当它出现在卷云下方时，尤其像火焰在云层下燃烧。
• 位置高且“平”： 它出现在太阳下方很高的天空（靠近天顶方向），与地平线近乎平行（有时有轻微弧度），这与通常出现在太阳对面、呈圆弧状的彩虹截然不同。

• 光学奇迹： 环地平弧是阳光在特定形状（六边形板状）、特定姿态（水平漂浮）的高空冰晶中，经过精确的90度入射、折射、色散、全内反射、再次折射后形成的极其鲜艳的彩色光带。
• 大气条件密码：
  • 冰晶密码： 卷云 + 六边形板状冰晶 + 完美水平定向。
  • 太阳密码： 太阳高度角 > 58度（决定了季节、时间和纬度）。
  • 视野密码： 天空晴朗无遮挡。

所以，“火彩虹”这个俗称，完美地捕捉了它那种如同火焰般炽热鲜艳的色彩和在天空中水平“燃烧”的壮观形态。它的出现是阳光、冰晶和地球几何位置共同演绎的一场精密而绚烂的大气光学魔术。下次如果在夏季晴朗的中午，看到高空有薄薄的卷云，不妨抬头看看太阳下方（但切记不要直视太阳！），也许你就有幸目睹这道在天空中“燃烧”的光学奇迹！