今天傍晚，我国多地出现彩虹，部分地区还出现了“霓”。摄自果壳办公楼天台。想必很多人都见过彩虹（至少彩虹的照片你见过吧）。一说到它，你脑海里总能浮现出一道七色圆弧。但你知道彩虹为什么是弯的吗？彩虹真的是恰好七种颜色吗？彩虹的秘密，死理性派告诉你。
对彩虹的研究最早可以追溯至公元前4世纪。亚里士多德是第一个认真研究彩虹的人，他曾指出彩虹最为重要的几个特征。但是有一个很重要的现象亚里士多德并没有注意到，那就是两条虹中间的区域亮度较暗，直到公元约200年雅典哲学家亚历山大才观察到这个现象，所以后人就将这条暗带命名为“亚历山大暗带”。
我们现在知道，彩虹的形成和光的折射有关。所以直到人们发现折射定律，彩虹问题才有条件被解决。其中，笛卡尔利用折射定律，成功解释了彩虹是如何形成的。笛卡尔假想在一个AFZ平面内，光线从AF处射出，人眼位于E处。如果这时把一个代表水滴的圆球放在BCD处，那么D部分将呈现全红色且比其它部分都更明亮。
要确定这条彩虹线的位置也并不困难。仍然以红光为例，前面已经说过，角D（α）是最后的光线偏离原始方向的角度。通过求导计算，当α=59.58°时有最小值Df(α)=137.48°。因此，最终的折射光线和入射光线的夹角是180°-137.48°=42.52°。这正是笛卡尔寻找的∠DEM，也就是人眼对于彩虹的仰角，称为红光的“彩虹角”。
另一方面，对红光的分析还可以拓展到其它颜色的光线。这样就可构建出彩虹的完整的外形。比如对紫光分析，由于其频率比红光高，折射率要高于红光，所以能计算出其彩虹角为41.07°。这个值小于红光，这正是为什么在彩虹中，紫色排在红色下方的原因。
一种广为流传的说法是彩虹由7种颜色组成。但事实上彩虹是一道由红色到紫色的连续光谱，并非真的只是由7种泾渭分明的颜色组成。1665年牛顿在棱镜实验中将可见光分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这7种颜色，实际是受到了来源于古希腊的毕达哥拉斯学派的影响。
在主虹上方，我们有时还能看到“副虹”，也就是文章开头提到的亚里士多德观察到的两条形状相同但颜色顺序排列相反的彩虹的外一层，即我们常说的“霓”。霓是光在水滴内经过了两次折射和一次反射的结果，霓的形成则比虹在水滴内多经历了一次反射，导致它的颜色排布与虹的颜色排布顺序相反。