彩虹，也称为天虹或虹，是一种气象现象，是太阳光照射到空气中的水滴时所产生的光学现象。它在天空中形成了一个弯曲的、有七个颜色的光弧，通常在雨后出现。彩虹呈半圆形状，颜色排列按照波长递减的顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
1. 彩虹的形成
简单来说，彩虹是由阳光在水滴中发生"折射-反射-折射"后抵达我们眼睛的彩色光波集合而成的。
就像牛顿通过三棱镜将光分解为七种颜色（红橙黄绿蓝靛紫）一样，当太阳光以适当的角度照射到悬浮在空气中的水滴上时，光会被分解成不同颜色的光波。由于不同颜色的光波在水滴中的折射率不同，红光的偏折最小，而紫光的偏折最大，因此高处的水滴提供了红光，而低处的水滴则提供了蓝紫光，最终我们看到的是红色在外圈，蓝紫色在内圈的彩虹。
如果光在水滴中发生多次反射，即"折射-反射-反射-折射"，那么彩色光波的排序就会相反，这就是"双彩虹"中的霓。由于光在多次反射中能量有所损失，所以霓的亮度要比彩虹小很多。
2. 彩虹为什么呈弯曲状？
前面说过，不同颜色的光波由于折射率不同，各具特定的折射角度。阳光中的红色光的折射角约为42度，而蓝紫色光的折射角约为40度。
如果你想象一条连接你的后脑勺和太阳，并延伸到你面前的虚拟线，与这条线呈40-42度夹角的地方，通常就是彩虹出现的位置。实际上，如果你有丰富的观察彩虹的经验，会发现越靠近红色光波部分的彩虹颜色越明显，反之，越靠近蓝紫色部分，颜色越暗淡。我们通常使用红色光波的42度夹角来确定彩虹的位置。
现在，让我们想象有无数条平行光线进入水滴并射出，而最终能够进入眼睛并被观察到的，就是与平行光线成40-42度夹角的光束集合体，因此我们可以得到以观察者眼睛为顶点的圆锥体。这个圆锥体的底部弧线就是我们看到的彩虹！由于地平线的遮挡，我们通常只能看到彩虹的半圆形。从这个意义上说，每个人看到的彩虹都是独特的，因为它是由阳光直接转化而来。
也有例外情况，例如我们可以上天！有传言说跳伞者从半空中拍摄到了一个环形彩虹，这是怎么回事呢？
如果我们将圆锥体的图像旋转一下，就可以理解了。只有当太阳高度角为90度时，即在合适的高度和水汽条件下，我们才能看到完整的圆形彩虹。
将图像翻转，你就能看到环形彩虹。
通过这个解释，我们可以理解为什么彩虹呈现出半圆形状，除非在合适的条件下，否则我们只能看到半圆形的彩虹。