英国诗人约翰·济慈曾担心，科学的解释会“解构彩虹”——认为通过理性地阐明彩虹和其他现象，科学家会剥夺世界的神秘感。然而，如果说有什么不同的话，那就是对彩虹的细致研究丰富了我们对它们的欣赏。多色的弧线仅仅是个开始。仔细观察，你会看到主虹之外有一条变暗的天空带，以及第二条较暗的弧线，其颜色顺序相反。在主虹内部是绿色和紫色的弧线，被称为副虹。彩虹的亮度可能沿着其宽度或长度变化，并且它可以在顶部附近分裂成多条彩虹。通过偏光太阳镜观察，当您倾斜头部时，彩虹会时隐时现。
彩虹的基本科学解释可以追溯到14世纪的波斯物理学家卡迈勒·丁·法里西和德国物理学家特奥多里克·冯·弗赖贝格的独立研究。但科学家们一直致力于该理论的研究，直至20世纪70年代及以后[参见H. Moysés Nussenzveig撰写的“彩虹理论”；《大众科学》，1977年4月]。许多教科书对彩虹的解释是错误的，而全面的描述仍然难以捉摸。“彩虹被不应有地认为有一个简单的解释，”宾夕法尼亚州立大学的大气物理学家克雷格·博伦说。
中心原理是，空气中的每个水滴都充当镜子、透镜和棱镜，集于一身。水滴将阳光向各个方向散射，但散射不均匀，倾向于将光线聚焦在入射方向138度的位置。那些与太阳形成这个角度的水滴看起来更亮；它们共同产生一个环。通常你只能看到这个环的上半部分，因为地面附近没有足够的水滴来填满下半部分。“彩虹只是太阳的扭曲图像，”大气科学家小雷蒙德·李和阿里斯泰尔·弗雷泽在他们的权威著作《彩虹桥》中写道。
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138度的角度意味着当您背对太阳站立时会看到彩虹。透镜角度随波长略有变化，将白色阳光分离成彩色带。水滴内的多次反射产生外虹；波动干涉解释了副虹；水滴的扁平化导致弧线上的亮度变化；多种水滴尺寸产生分裂的彩虹；光被极化，很像任何水面上的眩光。
即使是这种物理学也没有触及我们的眼睛和大脑如何将连续光谱感知为离散的颜色。彩虹的编织既发生在我们的头脑中，也发生在天空中。