彩虹是氣象中的一種光學現(xiàn)象.當陽光照射到半空中的水珠,光線被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光譜.彩虹的七彩顏色究竟是哪七種有不同的說法,中國最普遍的說法是（從外至內）：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫.西方的說法是：紅、橙、黃、綠、藍、靛 (Indigo)、紫,源於科學家牛頓分解七原色后取的名字.
其實只要有空氣中有水滴,而陽光正在觀察者的背后以低角度照射,便可能產生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象.彩虹最常在下午,雨后剛轉天晴時出現(xiàn).這時空氣內塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因為仍有雨云而較暗.而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光,這樣彩虹便會較容易被看到.另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近.在晴朗的天氣下背對陽光在空中灑水或噴灑水霧,亦可以人工制造彩虹.
晚虹是一種罕見的現(xiàn)象,在月光強烈的晚上可能出現(xiàn).由於人類視覺在晚間低光線的情況下難以分辦顏色,故此晚虹看起來好像是全白色.
【原理】
造成彩虹的光學原理彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴,造成色散及反射而成.陽光射入水滴時會同時以不同角度入射,在水滴內亦以不同的角度反射.當中以40至42度的反射最為強烈,造成我們所見到的彩虹.造成這種反射時,陽光進入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后離開水滴時再折射一次.因為水對光有色散的作用,不同波長的光的折射率有所不同,藍光的折射角度比紅光大.由於光在水滴內被反射,所以觀察者看見的光譜是倒過來,紅光在最上方,其他顏色在下.
雙重彩虹,上方為霓,下方為虹很多時候會見到兩條彩虹同時出現(xiàn),在平常的彩虹外邊出現(xiàn)同心,但較暗的副虹(又稱霓).副虹是陽光在水滴中經兩次反射而成.兩次反射最強烈的反射角出現(xiàn)在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外.因為有兩次的反射,副虹的顏色次序跟主虹反轉,外側為藍色,內側為紅色.副虹其實一定跟隨主虹存在,只是因為它的光線強度較低,所以有時不被肉眼察覺而已（參看).
彩虹其實并非出現(xiàn)在半空中的特定位置.它是觀察者看見的一種光學現(xiàn)象,彩虹看起來的所在位置,會隨著觀察者而改變.當觀察者看到彩虹時,它的位置必定是在太陽的相反方向.彩虹的拱以內的中央,其實是被水滴反射,放大了的太陽影像.所以彩虹以內的天空比彩虹以外的要亮.彩虹拱形的正中心位置,剛好是觀察者頭部影子的方向,虹的本身則在觀察者頭部的影子與眼睛一線以上40°至42°的位置.因此當太陽在空中高於42度時,彩虹的位置將在地平線以下而不可見.這亦是為甚麼彩虹很少在中午出現(xiàn)的原因.
彩虹由一端至另一端,橫跨84°.以一般的35mm照相機,需要焦距為19mm以下的廣角鏡頭才可以用單格把整條彩虹拍下.倘若在飛機上,會看見彩虹會是完整的圓形而不是拱形,而圓形彩虹的正中心則是飛機行進的方向.
蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對陽光的折射及反射而造成.笛卡爾在1637年發(fā)現(xiàn)水滴的大小不會影響光線的折射.他以玻璃球注入水來進行實驗,得出水對光的折射指數(shù),用數(shù)學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成,而副虹則是兩次反射造成.他準確計算出彩虹的角度,但未能解釋彩虹的七彩顏色.
后來牛頓以玻璃菱鏡展示把太陽光散射成彩色之后,關於彩虹的形成的光學原理才全部被發(fā)現(xiàn).