科學遊戲－光學－七彩牛頓環

原文發表於Yahoo奇摩部落格2009年12月04日。

天空中美麗的彩虹，在世界各地的神話中架構出許多動人的詩章。然而，彩虹必須是特定的角度才能看到圓弧狀的橋樑。其實彩虹是光在天空中無數的水滴內，經過折射兩次加一次反射之後，和原來的入射光就會形成42度的夾角，外側就會形成紅色的圓形彩虹。

圓形彩虹的做法非常簡單，只要手電筒、放大鏡（或玻璃珠），再加一間暗室即可

如果在霧氣飄渺的山林中，在燈具的周圍，就能看到立體的圓形彩虹。在中國的四川有座峨嵋山，上面有一個引人入勝的奇景－「峨嵋寶光」。當遊客登上崖頂，往外遠眺時，有時候會看到對面雲層中出現一個巨大的彩色光環。環的最外圍是紅色，由外圈到內圈顏色排列的次序和天上的彩虹相同。因為它有些像佛像上的光圈，所以又有人叫它「佛光」。

而在平地上，人的視野無法看穿地平面以下，所以只能看到部分圓弧形的虹。如果人可以停在高空中，由上而下介於太陽與水氣之間，就可以看見完整的圓形彩虹。

如果距離沒有拿捏好，使得色光混在一起，看起來就跟原來的光源一樣

不同顏色的光具有不同的波長，在不同介質中的折射率也不同，因此，通過三稜鏡的白光會產生偏折現象之後，就會分出由紅到紫的七色色光。第一次以三稜鏡作分光實驗的人正是牛頓。

逐漸調整與牆壁之間的距離和光源入射角度，將各種色光逐漸分離出來

由於和牛頓著名的分光實驗原理相同，所以這個光環又稱為牛頓環

當我們用圓形放大鏡時，凸透鏡逐漸收縮的邊緣就好像是三稜鏡的頂角般，兩側不平行的介面具有分光的效果。這種現象叫做球面色差，各色光通過球面鏡後，因為折射率的不同，會使各色光聚焦在不同的地方，進而使圖像模糊，而越靠近透鏡邊緣，圖像失真程度會越大。

所形成的圓形彩虹，內亮外暗，顏色次序分布和大自然中的彩虹相同

由於入射光的角度可以自己調整，不會受到地平線的阻礙，因此可以在暗室中做出圓形彩虹，先將光線以不同的角度入射，調整出最適合的角度。不妨再試看看別的變因，靠近或遠離牆壁的情形都做做看，研究哪一種狀況下能做出又大又亮的圓形彩虹。