为什么彩虹是拱形的

其实所有彩虹都是完整的圆形，只是因为它们被地面和地平线挡住了一部分，所以看起来是拱形。如果站在地面，将无法看到彩虹圆圈的下半部分。事实上，被地平线“淹没”的彩虹下半部分都是不可见的。其中一个原因是地球表面的紧密，限制了光线的反射。

彩虹形成的基本条件是水汽和太阳光。下过雨后，空气湿度较大，空气中的水汽可以看做是无数个小水滴。小水珠在空气中基本是个球形，它不管怎么翻过来滚过去，在空间中形状始终不变。当太阳光射入小水滴时，会发生两次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”现象。照射到小水珠上不同部位的太阳光会产生不同的折射与反射路径。

但不同角度的光线并不任意发散，而是似乎集中在某一个角度附近，这个角度在42度左右。虽然棱镜分解太阳光时，每种颜色只被折射到一个固定的角度。但对于水珠，某种颜色的光会沿着0到42度的任意角度出来，只不过在42度附近亮度最大。

我们可以想象一下，当我们拿着一粒水珠在太阳光中移动时，我们的视线和太阳光之间的夹角逐渐增加。当夹角接近42度时，水珠变成明亮的紫色；继续增加这个角度，水珠的颜色逐渐向红色方向变化；等超过了可见光的范围，水珠又会变成昏暗的。

所以当天空中布满了水珠时，有一部分水珠会把太阳光折射反射再折射到我们的眼中，根据水珠与太阳光以及我们眼睛的相对角度，每个水珠呈现出一种颜色。凡是相对于观察者处于相同出射角，也就是说呈现相同颜色的，都处于同一个圆上（确切说是同一个锥面上）。

对观察者来说，相同折射角的水珠都处于一个圆面上，而相同折射角呈现的颜色相同，因而看到的相同颜色也是一个圆。这就是为什么说彩虹是圆的原因。