彩虹為什麼是弧形的?

琥珀
琥珀彩虹為什麼總是弧形的呢?
30秒看懂答案
琥珀其實,彩虹本來是圓圓的形狀喔。

彩虹看起來是弧形,是因為只有距離太陽正對面那一點約42度方向上的雨滴,才會把彩色的光送進眼睛。把這些方向連起來會變成一個圓,但在地面上,下半部被地面擋住,所以看起來是弧形。從飛機上有時還能看到圓形的彩虹。

掛在綠色田野上的雙彩虹,弧的下方在地面處中斷
從地面上看,圓的下半部被地面遮住,所以彩虹看起來是弧形。外側較淡的彩虹是副虹。照片:AnemoneProjectors / CC BY-SA 2.0 / 維基共享資源

光在雨滴裡彎折

彩虹是從太陽光進入空中的雨滴開始的。光進入雨滴時會彎折,在雨滴內側的面反射,出來時又再彎折一次。不同顏色的光彎折的程度稍有不同,所以白色的陽光會分成從紅到紫的各種顏色。

只有約42度的方向會發光

從雨滴出來的光,特別集中在和原本陽光方向相差約42度的方向。因此,當你背對太陽站著時,只有距離「太陽正對面那一點」(也就是自己影子頭部前方)約42度方向上的雨滴,才會把彩虹的光送進你的眼睛。這些雨滴排列成以眼睛為頂點的圓錐形,所以看到的彩虹是圓形的。

圖:彩虹其實是圓形
天空中看到的是弧形外側為紅內側為紫約42度太陽正對面的點(自己影子頭部的前方)下半部被地面遮住從飛機上也能看到圓形彩虹
琥珀
琥珀哪些雨滴會發光,是由看的人所在的位置決定的呢。

地面遮住了圓的下半部

在地面上時,圓的下半部被地面擋住,看不到。太陽低的早上或傍晚,能看到接近半圓的大彩虹;太陽越高,看到的弧越小;太陽太高時,從地面上就看不到彩虹了。從高山上或飛機上,有時能看到比半圓還大的彩虹,或是圓形的彩虹。

圖:隨太陽高度改變的彩虹大小
太陽低接近半圓的大彩虹太陽高小小的弧

外側是紅色,內側是紫色

彩虹顏色的排列也有規則。紅光集中在稍大的角度,紫光集中在稍小的角度,所以彩虹的外側是紅色,內側是紫色。彩虹的形狀只由光前進的方向和角度決定,所以會隨著看的人的位置而改變,就算走近,也到不了彩虹的底部。

想知道更多

  • 出現在主虹外側、顏色較淡的副虹,是光在雨滴中反射2次形成的,顏色的排列和主虹相反。
  • 主虹和副虹之間看起來稍暗的天空,以大約1800年前記錄它的人物命名,叫做「亞歷山大暗帶」。
  • 晴天時背對太陽,用水管或噴霧器噴出細細的水,就能自己做出小小的彩虹。
琥珀
琥珀彩虹其實是圓形。因為地面遮住了下半部,我們才會看到弧形喔。

三選一小測驗

彩虹為什麼看起來是弧形的?

看答案
  1. 雨雲是圓的
  2. 地球是圓的
  3. 圓的下半部被地面擋住

圓的下半部被地面擋住 距離太陽正對面那一點約42度的雨滴會把光送進眼睛,所以彩虹本來是圓形。在地面上,下半部被擋住了。

參考資料

  1. Why are Rainbows Curved as Semicircles?University of Illinois Physics Van(英文)
  2. Rainbows(Physics 302l 講義ノート)The University of Texas at Austin(英文)
  3. RainbowsUniversity of St Andrews(英文)

本文內容是在 2026-10-03 確認上列資料後撰寫的。隨著研究進展,說明也可能改變。照片的出處標示在各照片下方。