【瘋狂實驗室】來吧，捕捉彩虹！
■ 彩虹的存在說明了光線的特性，但在還不瞭解光的波長是怎麼一回事的年代，要搞懂彩虹的七種顏色從哪裡來，還真是考倒了人類。
撰文 ∣ 張茵惠
今天南韓首爾天上出現了所謂的「幻日弧光」（Circumzenithal arc）引起新聞報導，看起來像是一抹微笑凌空，又像是放顛倒了的彩虹。不過其實它跟彩虹的成因有點不一樣，主要來自於捲雲當中的冰晶反射日光，彩虹則是來自於雨滴的反射。但可以看出人們對彩虹以及與彩虹長得很像的東西相當感興趣。
雖然古時候的人搞不清楚彩虹是怎麼形成的，但他們觀察到下過雨後，太陽位置比較低時，容易看到彩虹。
古時候的中國人因此認為，「虹」是一種長長的大蛇，貫穿在天上。《山海經‧海外東經》記載：「虹虹在其北，各有兩首。」在當時的想像裡，「虹」是一種雙頭蛇，啜飲水氣為生。東漢的《釋名》這本書裡更詳細的描述：「其見每於日在西而見於東，啜飲東方之水氣也。」這說明了古人知道彩虹與太陽不會出現在同一邊。
雖然這些說法浪漫的性質遠大過於解釋力，但倒是說對了一件事——彩虹跟水和陽光密不可分。
在古中國人的想法裡，生物可以操縱天氣。「雲從龍，風從虎，聖人作而萬物覩」便是這樣的思維的產物。彩虹外圍的那圈顏色顛倒的東西，當然也跟蛇有關，叫做「蜺」。覺得這個字陌生嗎？它演變到後來也可以寫成「霓」，這樣你就認識了吧！
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來做個模擬彩虹的實驗…怎麼做呢？
在十四世紀的時候，有個叫做Dietrich von Freiberg的修士作了一個實驗，來證實他的假設。他把圓形的玻璃瓶裝滿水，舉到日光底下，觀察陽光通過這個瓶子時發生了什麼事。他首度把水瓶想像成一顆雨滴，而不是一朵雲（在他之前的科學家都弄錯了這點），陽光在圓圓水瓶裡發生的事，就是在每一滴水裡發生的事。他發現陽光先折射，再反射，接著又折射一次，不同顏色的光線於是發散出去，映成彩虹。不同顏色的光線因為反射角度不同，而位置不會重疊在一起。雨滴在此的作用就可比是一堆「不斷落下的鏡子」（註），彩虹看似靜止，但照出它的水滴則是不斷往下墜的。
不過Dietrich von Freiberg無法解釋為何光線會散開成不同的顏色。因為那時候還沒有波長的概念。他於是推斷，這些顏色的變化可能跟光線入設的深度跟水的透明度有關吧？這推論也挺合理的，只可惜不是正確答案。Dietrich von Freiberg最大的貢獻就是他可以用元素的方式來思考那個水瓶（之前的人們也有水瓶，但從來沒把水瓶想成一滴水過），並把結果推導到整體。
彩虹一度被古代中國人認為是凶兆，又被認為是大蛇，這可能或多或少阻礙了古人研究彩虹的興趣。唐朝的時候孫彥先曾提出：「虹乃雨中日影也，日照雨則有之。」宋代科學家沈括也引用過這段話，這是十一世紀的事。看起來沈括好像已經瞭解了彩虹的部分本質？倒也不盡然，《夢溪筆談》記載他很開心的追著彩虹跑，看見彩虹的兩端都泡在溪流裡這件事，他說：
「世傳虹能入澗飲水，信然。（大家都說彩虹會喝水，真的沒錯。）」
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附註：參考資料Das Buch der verrückten Experimente by Reto U. Schneider (2004)
http://www.nownews.com/2010/03/11/91-2578540.htm
幻日弧光看起來有點像愛麗斯夢遊仙境裡描述的那隻天上妖貓的嘴。
不過在英文裡，好像把類似的現象叫做「太陽狗」(sundog)。
http://images.google.com.tw/images?q=sundog
實在不知道像貓、像狗的說法是怎麼來的啊？
好吧，至少沒有人說像是「一塊塊綠豆糕」就是了。
大概因為天狗吃月吧！（誤）
日本人相信天狗會在天上出現大笑臉，不過他們的天狗長的比較像烏鴉，又稱「鴉天狗」。
Watching dog
Smiling cat
Happy family
rarely appear
這是...
看門狗
微笑貓
好人家
世上少？
怎麼有一種紅樓夢開頭的打油詩（好了歌）的感覺.....
這輩子，我在五六年級時看過一次完整的圓形弧光，環繞在太陽週圍。想當然耳是正午時光，路上行人都駐足仰頭觀看，嘖嘖稱奇。成人後是否還看過一次，已是印象模糊，不復記憶。
晴天的高空冰晶，水火不容，少見不算意外。Smiling cat 是小說杜撰，不常見倒也不足為奇。
至於happy family，是因為朋友提到現在一夫一妻的小家庭養小孩不容易，以致不婚族或頂客族越來越多。此話甚有見地，人類的社會行為當是源自狩獵採集為生的小型群落，孩童的扶養照顧常靠父母以外的親戚友人(婦女)相扶持，這是生物演化行為。一夫一妻的小家庭是文化產物，未必符合生物性演化的特質。換句話說，社會中有許多親生父母沒有能力養育子女或不適任，當不足為奇。父母不懂教育，更不奇怪，因為近代的學校教育是專業。現在大家認為從小進學校讀書認字，學得知書達禮，長大後男婚女嫁、為人父母都是天經地義的事，忽略了天下沒有白吃的午餐，很少事是理所當然的。
既然人類的生物性可能走到了盡頭，我們就更應重視文化的影響。我倒不是在提倡community life。歷史或能做為參考，未必能提供答案。演化的路只能往前看。
文中寫到 '' 他首度把水瓶想像成一顆雨滴，而不是一朵雲（在他之前的科學家都弄錯了這點），陽光在圓圓水瓶裡發生的事，就是在每滴水分子裡發生的事。''
但應該不是每滴"水分子"，而是每滴水吧？
對耶！感謝指正。^_^；
我和Zoe談到這個問題時，提到許多科學家熟悉微觀世界的模型，可能不是一般非科技背景專業所習慣的認知範疇。
微觀世界在10-4~10-5公尺的尺度，肉眼就不能見(毫芒雕刻及書寫都是神技)。所以虎克開始用顯微鏡時，會引起社會的偌大風潮。當人們看到栩栩如生，眼睛卻看不到的虱子、跳蚤時，顯然引起社會震憾。更重要的是從此開啟了人類的微觀視野。
十八到十九世紀，近代化學萌芽，化學家成了分子世界的專家，雖然眼不能見，發展出的規律建構在一個粒子的世界上，卻是發展神速。二十世紀的八○年代，IBM用穿隧掃描顯微鏡照到了原子尺度的影像，我倒不覺得引起了非科技社會多大的回響。十年後，奈米科技竄起，一炮而紅，但普羅大眾知道多少奈米還是個問號。由是可知，知識若不能進入傳播領域，要讓眾人有fu，絕對是事倍功半。科學知識要想廣傳，必須採取科普傳播的手段，開拓科普傳播的市場。
自己出來自首....
水分子跟水滴的差別困擾了我一兩天。這看起來是很直觀的問題，但只靠自己推敲的話，實在弄不懂差別何在，陽光無法在很小的東西裡反射嗎？還是根本上一開始我就弄錯了什麼？（哭，高一理化常識不夠用....）後來我抓了孟哲來問....他說，水分子是個微觀的單位，水滴是它的聚合體，折射是個鉅觀的現象，加上水滴必然是液態的，水分子則有三種型態，因此講水滴是比較好的。
不過這個實驗的其他部分我沒有講錯啦～感謝大家這麼認真的看文章....以後還請繼續指教。：D
by 負荊請罪的文章作者