判断彩虹观测方向时,把太阳、水滴和观察者看成一组相对位置,比追问彩虹固定在什么地方更准确。NOAA 的说明中,彩虹不是存在于某一特定地点的实体,而是在阳光、大气条件和观察者位置都合适时可见的光学现象。太阳应当处在观察者身后,这会把寻找范围引向与太阳相对的一侧;转身动作本身却不会制造彩虹,因为水滴、光路和视点仍须同时合适。
| 观测要素 | 资料支持的条件 | 不应作出的推断 |
|---|---|---|
| 太阳 | 位于观察者身后,太阳方向的云层已经移开 | 背对太阳就必然出现彩虹 |
| 空气中的水滴 | 水滴处在光路中,使入射光发生折射、内反射并再次折射出射 | 前方能看见雨幕就一定具有合适光路 |
| 观察者 | 位置必须适合接收到水滴返回的分色光 | 所有人都会在同一位置看到完全相同的彩虹 |
| 地面视野 | 通常只能看到完整圆的一部分 | 彩虹本身只有一段弧形结构 |
可见条件不只涉及朝向。空气中需要有悬浮水滴,太阳位于观察者身后,太阳所在一侧的云层还要移开,使阳光能够照向水滴。前方出现水滴而太阳仍被云遮住,或者阳光已经出现却没有合适的悬浮水滴,都不符合这组条件。把“背对太阳”单独记成口诀,很容易遗漏真正参与观测的另外两项。
方向要求来自水滴内的光路。阳光进入水滴时发生折射,在水滴内部反射,离开水滴时又发生折射,并有一部分光回到观察方向。进入视点的返回光已经按不同波长分开,这条入射、反射和出射路径还要与观察位置对应。太阳在背后、含水滴区域在前方,描述的正是光源与返回光所处的相对两侧。
水滴会让不同波长的光产生不同程度的弯折。按照 NOAA 对主虹的说明,紫光弯折较多,红光弯折较少,因而通常看到的主虹外侧为红色、内侧为紫色。辨认主虹时可以把颜色次序与方向条件一并核对;颜色排列解释的是水滴出射光的分离结果,并不会取代阳光、水滴和观察位置这些可见条件。
地面看到的弧形也不是彩虹的全部几何形态。完整彩虹实际是一个圆,地面观察者通常只见其中一部分;从飞机上也只有在合适条件下,才可能看到完整的圆形彩虹。这里的“圆”说明弧线属于完整光学结构的一部分,并不表示站在地面换一个朝向就必然能补看其余部分,也不能把飞机视角写成固定可见的结果。
实际寻找时,可以依次核对太阳是否在身后、太阳一侧是否已无云层遮住阳光、相对方向是否存在悬浮水滴,再把观察位置本身也纳入判断。缺少其中任一条件,都不能仅凭“朝向正确”宣称彩虹应当出现;观察者位置改变后,也需要重新判断这组三者关系,而不是沿用上一处视点的方向结论。