2009年8月3日 星期一

觀天入門:彩虹的變化

在彩虹(及霓)發生的歷程中,研究其各個部份的可見度及顏色的鮮明度的變化。如果有可能,請朋友們開車到不同的地點,在相同的時間進行這個觀天習題,看看不同的地點是否有不同的結果。

當在太陽相反方向的天空下著雨,此時陽光照耀在雨滴上時,光線會反射回到觀測者的眼簾,在這段路程中因為經過不同的兩種介質(空氣和水),光線還會折射。不同波長的光線(不同顏色)會有不同的折射程度,因此我們可以看到所有的顏色排在一起出現。但為何這條彩帶一定是距離反日點(與太陽完全相反方向的點,在白晝時該點在地平線之下) 40½°~42°呢?因為這個角度是最小偏向角(Angle of Minumum Deviation),在雨滴內沒有任何反射的光線可以超過這個角度;同時由於不同的波長的光線有不同的最小偏向角,所以這個角度也是每一個顏色的界線,不會全部重疊在一起,可以分開看到。

你可能在今年夏天看到過許多彩虹,但有一個基本規則你應該記得,太陽在天空的仰角必須小於42°,才能在另一方向的天空看見彩虹。不過即使你今年只看到過一次,你可能不知道你實際上看到許多個彩虹。當彩虹出現的時候,它的外觀可能徹底的變化了好幾次。只是其變化過程十分流暢平順,而觀察者通常正為其美麗所驚喜讚嘆,完全忘了將其變化記錄下來。

如果你事先知道要注意那些彩虹的特徵,你會有較好的機會作出完整的記錄。下一個觀天習題專門針對彩虹的顏色,觀天習題七十三為複弧(Supernumerary Arc)和暗帶(Alexander's dark band),如果你有機會先閱讀它們並有觀測的機會,你可以以本觀天習題將它們一網打盡:完整的描述彩虹和它的變化。

在彩虹顯現的每一個階段,仔細記錄其變化,或照相存檔(相片中的彩虹可能和你實際所見略有不同)。你愈用心觀察彩虹的變化,你就能看到愈多、體會愈多、欣賞愈多。

還有,在同一時間你是否可以看見第2級虹呢?它的名字是「霓」,它離反日點更遠,離「虹」11°,約為「虹」的兩倍寬,且顏色排列順序和「虹」完全相反。

還有一個方法觀看彩虹是當它出現時,開車到數公哩之外(或數百公尺之外),看看是否會因為空間相對位置改變而看到的彩虹外觀有所變化。當然,為了做出比較,你必須留一名同伴在原來的地點繼續記錄,你(和其它朋友)到不同的地點觀察。要先彼此校對時間,再記錄每一個階段的起迄時間。

問題

一、彩虹出現的時間總共多久(只要有一部份可見就算)?在不同的時間,彩虹的那一部份最明亮?那一個顏色最強?那一個顏色最弱或沒有出現?如果有的話,什麼時候及在天空何處最有可能或最不可能出現其它異象(例如:複弧,參考觀天習題七十三)?

二、如果看到「霓」,針對「霓」回答第一個問題?「霓」的變化和「虹」的變化是否相關?

三、你能不能由彩虹的特徵和變化來判斷雨滴的大小(參考下一個觀天習題)、太陽光量、雨量、降雨地點與觀測地點的距離、天空的清澈度等等?

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