彩虹背后隐藏的秘密(5)

图9：由水滴偏离而来的彩虹线与直线L形成了一个42.52度的倾斜角。
如果把你的眼睛发出的所有和L相交42.52°角度的光线放在一起，将得到一个圆锥体（见图10）。所有发出红光的液滴都在此锥上；如果不是的话，你将不可能捕捉到它们的红色彩虹线。但是，当你从锥的顶点沿着锥表面看，所有你看到的都是一个圆。你可以通过将一张纸卷成锥形状并通过尖端的小洞窥视来尝试这点。彩虹来自锥面上与你的眼睛距离不一的水滴，有的较近有的较远。但你的眼睛无法分辨距离，它看到的是红色光混合在一起形成的一个圆弧，似乎是位于有一定距离的某处。为什么你往往看不到完整的圆呢？这是因为地球的缘故。除非你的位置高于天空中的水滴，例如从飞机上俯视，在这种情况下，你可以看到一个美丽的圆形彩虹。

图10：你看到的在天空发光的水滴位于一个圆锥体的表面。
同样的道理适用于频谱的所有其它颜色：它们同样以圆弧状出现。但不同的折射指数给予每种颜色不同的彩虹角。例如，紫光的 nf, w =1.34给出αm=59.0°及 Df(αm)=138.93°，因而在这一情形彩虹角为41.07°。因此，彩虹根据折射率顺序来嵌套排列颜色序列，也就是说，按它们的频率顺序排列：从最顶的红色往下直到最底的紫色。
这种解释也说明为什么背朝太阳站着时你只看到一道彩虹：这是你可以捕捉来自于液滴的彩虹光线的唯一途径。这也解释了为什么彩虹下面的天空显出比上面的更明亮。由于绝大多数的光线离开液滴后高于彩虹线（见图7），你不会捕捉到彩虹“上面”来自水滴的任何光线（即位于各种颜色的锥的外面）。所以你看不到任何源自这些水滴的反射光。然而，你的眼睛能捕捉到来自水滴彩虹“下面的”的反射光（位于锥体内的水滴）；鉴于此，彩虹下面的天空显得更亮，它以白光出现，因为从不同的水滴来的不同颜色的非彩虹光线混合在一起会成为白光，并进入你的眼睛。