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前些時候，網路電子報刊載日本福島川內村上空出現直線彩虹的特殊光學現象，該新聞是取自日本讀賣新聞，譯之為環水平弧（環水平アーク），另外在網路搜尋，也有羅東上空拍攝到類似景象〔註〕，這兩個罕見現象俗稱火彩虹（fire rainbow），正式名稱為環地平弧（circumhorizon arc）。火彩虹看起來像是一般彩虹的模樣，由紅到藍紫色，從上向下水平排列，由於彩色明顯、鮮豔，甚是好看，而且火彩虹大多印照在雲彩上，除了光線的色彩變化，再加上各種形狀和層次的雲，實在是難得一見的美景。

攝於美國密西根州。（圖片來源：維基百科）

火彩虹一詞讓人聯想到彩虹，也是大自然的傑作之一。彩虹的原理在課本都會提到，是太陽光照射大氣內的小雨滴，經由兩次折射和一次反射而形成，而光的色散特性，使得各種不同波長的色光分散開來，形成彩虹。根據折射和反射的原理，背對著太陽，會看到一個圓圈狀的彩虹（短波長的藍色在內圈，長波長的紅色在外圈），礙於地平面的遮擋，只能看到部份圓弧狀的彩虹，因此在早上和黃昏時分，太陽的高度接近地平面，可以看到較明顯的彩虹。如果太陽光經過水滴有兩次折射和兩次反射，同樣會有七彩的分布，稱為霓（secondary bow），只不過色散的順序和彩虹相反（短波長的藍色在外圈），並且因為多了一次反射，霓的亮度較暗。

但火彩虹不是彩虹，形狀有點像七彩的火焰，屬大氣的光學現象，是大氣中的冰晶造成的，不似彩虹靠水滴而有之。在高空（高度6000公尺以上）的卷雲中，因低溫而多以結晶狀的小冰塊存在。所謂冰晶就是像水晶般的結構，大氣中常見的冰晶是六角面，可能是平板狀的六角面，或柱體狀的六角面（圖一），雖然二者的六角面大小不同，但面與面之間的夾角都是一樣，因此受到太陽光照射後，會產生各種形式的光暈（halo）。

圖一：大氣中常見的冰晶包含六角平板冰晶（上）和六角柱狀冰晶（下）。

（作者提供）

這些冰晶漂浮在大氣中，通常會有一致的排列方向，這是因為受到空氣阻力所造成的。平板狀的冰晶因為形狀的關係，會像樹葉般在大氣中水平飄移，而柱狀體冰晶的長軸則會沿著水平方向。這種一致性的排列方式是產生光暈的重要因素，並且不同形狀的冰晶會有屬於自己的光暈。冰晶的大小不一，通常小於10微米的冰晶會對太陽光有較明顯的繞射，使得光暈較弱、較模糊。若大過100微米的冰晶，就可以產生清楚的光暈。因此這些大自然的光暈現象除了和冰晶的排列有關，也和冰晶的大小有密切關係。……【更多內容請閱讀科學月刊第523期】

註：http://gheelanusa.org/2013/01/10/台灣羅東看到的火彩虹