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如果阳光恰好在合适的时刻照射到阵雨上，波光粼粼的色彩就会在地平线上划出一道弧线。虽然最常见的彩虹是包含从红色到紫色的所有颜色的新月形，但如果你仔细观察，你会发现彩虹有令人惊讶的颜色和形状。科学家们终于弄清楚了其中的原因。
彩虹可以是纯红色，缺少紫色和蓝色，或者完全是白色。多条虹可以像一叠牌一样堆叠在一起，或者两条虹可以从同一个聚宝盆中涌出。站在山顶上，背对着太阳，前方有一场风暴，你甚至可能会目睹一个完整的 360 度闪闪发光的彩色光环。
只要空气中有水滴并且有光线与之相互作用，彩虹就会出现。阳光进入水滴，经过折射和反射，然后再次射出，像扇子一样散开，形成彩虹众所周知的色调。水滴的作用很像棱镜和透镜；棱镜将白光分离成其组成颜色，而透镜（水滴弯曲的表面）将它们聚焦成彩虹强烈的弧形。
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但是，只有当入射光包含可见光谱的所有颜色时，彩虹才包含所有这些颜色。“任何在光线照射到水滴之前改变光线的因素都会影响彩虹的颜色，” 达特茅斯学院的研究员 Wojciech Jarosz 说，他模拟光线如何与水和其他材料相互作用，从而为动画电影和视频游戏创建逼真的图像。“如果某一天污染特别严重，天空呈黄色，你就会得到更黄的彩虹，” Jarosz 说。额外的污染颗粒改变了空气散射和吸收不同颜色光线的方式。在日落时捕捉彩虹，蓝色、绿色、黄色甚至橙色都可能消失，只有红色才能穿过大气层而不被散射掉。
光线不是唯一可以改变彩虹形状的因素。水滴本身也同样重要。小雨滴形成近乎完美的球体，而较大的雨滴在下落时由于空气阻力而呈现汉堡状并变扁。“如果你没有一个完美的球形水滴，彩虹弧就不再具有完美的对称性，” Jarosz 说。来自较大水滴的彩虹更靠近地平线，看起来比完美的圆形更扁平，并且它们的颜色可能比由较小水滴形成的更飘渺、更宽的彩虹更鲜艳。
将两场具有不同大小雨滴的阵雨混合在一起，可能会出现奇特的孪生彩虹。每场阵雨都会产生自己独特的彩虹，这些彩虹沿着不同的路径弯曲，但两者似乎在底部连接在一起。“它们不是很常见，” Jarosz 说，他是最早解开孪生彩虹如何形成的谜题的人之一。“你首先需要具备彩虹的所有条件，并且两组水滴的大小差异足够大，以至于你可以清楚地看到每条单独的彩虹。” 相反，如果阵雨具有广泛的水滴尺寸分布，则两条彩虹会模糊成一条。
虽然没有光线和水滴就不会出现彩虹，但这些成分不必来自太阳和雨云。比利时冯·卡门流体动力学研究所的物理学家 Jeroen van Beeck 在实验室中用激光和液滴喷雾制造红色彩虹。“单色彩虹没有那么浪漫，但它们更纯净，” van Beeck 说。“你可以从中获得大量信息。” 每个液滴都有自己独特的彩虹指纹。在受控条件下形成彩虹，你可以精确地确定液滴的形状、大小、成分甚至温度。
在自然界中，大多数变化来自太阳的高度角，而不是空气的温度或水滴的扁平程度。彩虹圆圈的中心直接位于太阳的对面。在黎明时分，这个中心点在地平线上——正好一半的圆是可见的，彩虹高悬在空中。（其余部分隐藏在地平线以下，只有当你站在山顶上或乘坐飞机时才能看到。）随着太阳升起，这个中心点下沉，彩虹慢慢从视线中消失。如果在盛夏的中午下雨，天空将是空旷的。” “光线从你正上方射下来，彩虹在地下，” van Beeck 解释道。
Katherine Wright 是《美国物理学会》在纽约长岛的科学作家和期刊编辑。