長(zhǎng)虹飲澗
cháng hóng yǐn jiàn
【原文】
世傳虹能入溪澗飲水,信然,熙寧①中,予使契丹②,至其極北黑水境永安山下卓帳③.是時(shí)新雨霽④,見虹下帳前澗中.予與同職扣⑤澗觀之,虹兩頭皆垂?jié)局?使人過澗,隔虹對(duì)立,相去數(shù)丈,中間如隔綃觳⑥.自西望東則見⑦；立澗之東西望,則為日所鑠⑧,都無所睹.久之稍稍正東.逾⑨山而去⑩.次日行一程,又復(fù)見之. 孫彥先⑾云：“虹乃雨中日影也,日照雨則有之.”
(選自宋•沈括《夢(mèng)溪筆談》)
【注釋】1然: ①熙寧：宋神宗年號(hào).②契丹：宋時(shí)北部少數(shù)民族政權(quán).③卓帳：建起帳篷.卓,直立.④霽：雨后初晴.⑤扣：同“叩”,靠近.⑥綃轂：絲綢和紗的代稱.⑦見：同“現(xiàn)”,出現(xiàn).⑧鑠：同“爍”,閃爍.⑨逾：向,跨越.⑩去：離去.⑾孫彥先：與沈括同時(shí)的科學(xué)家
【翻譯】
相傳虹能到溪流或山澗里喝水,確實(shí)是這樣.熙寧（宋神宗年號(hào)）年間,我出使契丹,到了極北方黑水境內(nèi)的永安山下建起帳篷.那時(shí)剛好雨后初晴,看見彩虹出現(xiàn)在帳篷前的山澗中,我和同事靠近山澗觀賞它,看到一條虹的兩端都垂到澗中.叫人越過山澗,隔著虹相對(duì)站立,距離大概有幾丈,中間如隔著一層薄紗.當(dāng)站在澗的西邊往東看就能看見,當(dāng)站在澗的東邊往西看,在陽光的閃爍下卻什么都看不見.過了很久虹稍微偏向正東方,越過山峰離去了.第二天走了一段路,又看到了虹.孫彥先說：“虹乃是雨中的日光影像,日光照在雨珠上就有虹出現(xiàn).”
【通假字】
“鑠”通 爍 ,意思是 閃爍 .
“見”通 現(xiàn) ,意思是 出現(xiàn) .
“扣”通 叩 ,意思是 靠近 .
【有關(guān)詩(shī)句】
唐朝張騖《朝野僉載》：“趙州橋望之如初月出云,長(zhǎng)虹飲澗”.
【長(zhǎng)虹飲澗的原因】
因?yàn)橄峦暧旰罂諝庵谐錆M了水氣,當(dāng)陽光一照,空氣中的水發(fā)生折射,便出現(xiàn)了彩虹.
彩虹是因?yàn)殛柟馍涞娇罩薪咏鼒A型的小水滴,造成色散及反射而成.陽光射入水滴時(shí)會(huì)同時(shí)以不同角度入射,在水滴內(nèi)亦以不同的角度反射.當(dāng)中以40至42度的反射最為強(qiáng)烈,造成我們所見到的彩虹.造成這種反射時(shí),陽光進(jìn)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(shí)再折射一次.因?yàn)樗畬?duì)光有色散的作用,不同波長(zhǎng)的光的折射率有所不同,藍(lán)光的折射角度比紅光大.由于光在水滴內(nèi)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.
其實(shí)只要空氣中有水滴,而陽光正在觀察者的背后以低角度照射,便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象.彩虹最常在下午,雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出現(xiàn).這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴,天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^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(huì)較容易被看到.另一個(gè)經(jīng)?？梢姷讲屎绲牡胤绞瞧俨几浇?在晴朗的天氣下背對(duì)陽光在空中灑水或噴灑水霧,亦可以人工制造彩虹.
空氣里水滴的大小,決定了彩虹的色彩鮮艷程度和寬窄.空氣中的水滴大,虹就鮮艷,也比較窄；反之,水滴小,虹色就淡,也比較寬.我們面對(duì)著太陽是看不到彩虹的,只有背著太陽才能看到彩虹,所以早晨的彩虹出現(xiàn)在西方,黃昏的彩虹總在東方出現(xiàn).可我們看不見,只有乘飛機(jī)從高空向下看,才能見到.虹的出現(xiàn)與當(dāng)時(shí)天氣變化相聯(lián)系,一般我們從虹出現(xiàn)在天空中的位置可以推測(cè)當(dāng)時(shí)將出現(xiàn)晴天或雨天.東方出現(xiàn)虹時(shí),本地是不大容易下雨的,而西方出現(xiàn)虹時(shí),本地下雨的可能性卻很大.
彩虹的明顯程度,取決于空氣中小水滴的大小,小水滴體積越大,形成的彩虹越鮮亮,小水滴體積越小,形成的彩虹就不明顯.一般冬天的氣溫較低,在空中不容易存在小水滴,下陣雨的機(jī)會(huì)也少,所以冬天一般不會(huì)有彩虹出現(xiàn).
彩虹其實(shí)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(xué)現(xiàn)象,彩虹看起來的所在位置,會(huì)隨著觀察者而改變.當(dāng)觀察者看到彩虹時(shí),它的位置必定是在太陽的相反方向.彩虹的拱以內(nèi)的中央,其實(shí)是被水滴反射,放大了的太陽影像.所以彩虹以內(nèi)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(dāng)太陽在空中高于42度時(shí),彩虹的位置將在地平線以下而不可見.這亦是為甚么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(jī),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(jī)上,會(huì)看見彩虹是原整的圓形而不是拱形,而圓形彩虹的正中心則是飛機(jī)行進(jìn)的方向.
晚虹是一種罕見的現(xiàn)象,在月光強(qiáng)烈的晚上可能出現(xiàn).由于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.
雙彩虹很多時(shí)候會(huì)見到兩條彩虹同時(shí)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(jīng)兩次反射而成.當(dāng)陽光經(jīng)過水滴時(shí),它會(huì)被折射、反射后再折射出來.在水滴內(nèi)經(jīng)過一次反射的光缐,便形成我們常見的彩虹（主虹）.若光線在水滴內(nèi)進(jìn)行了兩次反射,便會(huì)產(chǎn)生第二道彩虹（霓）.霓的顏色排列次序跟主虹是相反的.由于每次反射均會(huì)損失一些光能量,因此霓的光亮度亦較弱.兩次反射最強(qiáng)烈的反射角出現(xiàn)在50°至53°,所以副虹位置在主虹之外.因?yàn)橛袃纱蔚姆瓷?副虹的顏色次序跟主虹反轉(zhuǎn),外側(cè)為藍(lán)色,內(nèi)側(cè)為紅色.副虹其實(shí)一定跟隨主虹存在,只是因?yàn)樗墓饩€強(qiáng)度較低,所以有時(shí)不被肉眼察覺而已.蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時(shí)歐洲已有人提出彩虹是由水滴對(duì)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(huì)影響光線的折射.他以玻璃球注入水來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得出水對(duì)光的折射指數(shù),用數(shù)學(xué)證明彩虹的主虹是水點(diǎn)內(nèi)的反射造成,而副虹則是兩次反射造成.他準(zhǔn)確計(jì)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(guān)于彩虹的形成的光學(xué)原理全部被發(fā)現(xiàn).