副虹的基本成因可在普通雨滴的几何光学情形中说明:光在雨滴内部发生两次反射后形成副虹。这里的“两次反射”指雨滴内部的光路特征,而不是对雨滴形状、光线强弱或其他观测条件作出的额外判断。将副虹放在这一光路框架中讨论,能够限定本文所说的形成机制:它关注光在雨滴内的反射次数及其后的出射几何,不展开波动或偏振细节。对于这一范围而言,副虹由雨滴内部的两次反射形成,是关于其基本成因的描述。
主虹和副虹的典型观测角度可用相对于反太阳点的半径角来表述。主虹的红色成分约在42°半径附近,副虹的红色成分约在50°半径附近。这两个数值对应常见可见主虹与副虹的几何说明,其中约42°说的是主虹红色成分的典型半径,约50°说的是副虹红色成分的典型半径。副虹红色成分约50°的半径大于主虹红色成分约42°的半径;在这一以反太阳点为参照的表述中,副虹的半径更大。角度在这里是观察几何中的半径角,不是画面构图、镜头范围或地面距离的读数。
| 观测特征 | 描述(证据来源) |
|---|---|
| 副虹的位置与色序 | 副虹出现在主虹之外,且颜色顺序翻转(Met Office) |
| 副虹的亮度 | 副虹比主虹更黯淡,因二次内部反射导致返回光能量减少(NOAA) |
两次内部反射后的光会以不同于主虹红色成分约42°的角度出射,副虹红色成分的典型出射角约为50°。因此,讨论主虹与副虹时,约42°和约50°应分别保持其对应对象:前者是主虹红色成分的典型半径附近,后者是副虹红色成分的典型半径附近。这样的角度对照只说明所给几何关系中的典型数值,并不把它延伸为对所有光学细节的完整推导。副虹的两次内部反射与约50°的红色成分半径,共同构成此处采用的基本光路和角度描述。
关于副虹颜色“倒置”的解释,不能只归结为“多一次反射”这一简单因果。较完整的几何光学说明还需考虑色散、出射角的极值分布以及路径交叉等细节。色散涉及不同颜色的角度差异,出射角的极值分布涉及各颜色在相关角度处的分布,而路径交叉是说明中需要一并纳入的几何关系。因而,反射次数是副虹基本光路的一部分,却不能单独替代对颜色排列所涉及几何细节的说明。把这些内容区分开来,才不会将副虹的形成机制与颜色“倒置”的完整解释混为同一个简单结论。
在该几何说明中,具有反射的光束会发生交叉;副虹蓝色成分的半径约为53°,红色成分的半径约为50°。这组约53°与约50°的数值描述的是副虹内不同颜色的典型半径,并与色散、出射角的极值分布和路径交叉共同构成颜色“倒置”的说明。由此谈及副虹颜色“倒置”时,应保留这一解释所需的多个部分:雨滴内两次反射说明基本成因,约50°的红色成分说明相关典型角度,而色散、极值分布和路径交叉说明为何不能把颜色排列仅化约为反射次数。