光線在水滴內部的反射次數不同，導致顏色順序反轉和亮度差異。以下是詳細解析：
一、 單道彩虹（主虹）的形成與顏色排列
基本原理： 陽光照射到空氣中的球形水滴。
關鍵過程：- 折射： 光線從空氣進入水滴時發生折射（光線彎曲）。
- 一次反射： 光線在水滴內壁發生一次內反射。
- 再次折射： 光線離開水滴時再次發生折射，返回空氣中。
顏色分離（色散）：- 白光由不同顏色的光組成，每種顏色光的波長不同。
- 水對不同波長的光折射率不同：波長較短的光（如藍光、紫光）折射更厲害（偏折角度更大）；波長較長的光（如紅光）折射相對較弱（偏折角度較小）。
主虹顏色排列（外紅內紫）：- 經過一次反射后離開水滴的光線，其出射角對于紅光最小（約42°），對于紫光最大（約40°）。
- 觀察者背對太陽時，只有特定角度（約40°-42°）的光線能進入眼睛。
- 結果： 在彩虹弧的最外側，你看到的是來自較高水滴、以最小角度（約42°）出射的紅光；在彩虹弧的最內側，你看到的是來自較低水滴、以較大角度（約40°）出射的紫光。因此主虹是 外圈紅色，內圈紫色。
二、 雙彩虹（副虹/霓）的形成與顏色排列奧秘
基本原理： 同樣由陽光照射水滴引起。
關鍵區別：顏色分離（色散）依然存在：- 紅光和紫光的折射率差異仍然導致它們以不同角度出射。
副虹顏色排列（外紫內紅）：- 經過兩次反射后離開水滴的光線，其出射角發生了反轉。
- 對于紅光，出射角較大（約50° - 53°）；對于紫光，出射角較小（約53° - 51°）。
- 結果： 在副虹弧的最外側，你看到的是來自較高水滴、以較小角度（約51°）出射的紫光；在副虹弧的最內側，你看到的是來自較低水滴、以較大角度（約53°）出射的紅光。因此副虹是 外圈紫色，內圈紅色，與主虹完全相反。
三、 為什么雙彩虹中副虹更暗、更模糊？
能量損失： 光線在水滴內部每多一次反射，就會損失一部分能量（被水滴吸收或散射）。兩次反射比一次反射損失的光更多。
光線路徑更分散： 兩次反射導致光線離開水滴時的角度范圍更大（約50° - 53°），使得同一區域接收到的光線密度更低。
疊加效應減弱： 主虹的光線集中在一個較窄的角度帶（40°-42°），亮度高且邊界清晰；副虹的光線分散在更寬的角度帶（50°-53°），亮度低且邊界模糊。
四、 關鍵區域：亞歷山大暗帶
- 位置： 位于主虹（內圈）和副虹（外圈）之間的天空區域。
- 成因：
- 對于主虹（一次反射），這個區域的角度（約42°-50°）太小，沒有足夠的一次反射光線能到達觀察者眼睛。
- 對于副虹（兩次反射），這個區域的角度又太大（小于50°），沒有足夠的兩次反射光線能到達。
- 結果： 這個夾在兩道彩虹之間的天空區域，接收到的、經過水滴“有效加工”的光線最少，因此顯得比彩虹內部和外部更暗，形成一條明顯的暗帶。
總結奧秘：
顏色順序反轉： 一次反射（主虹）→ 外紅內紫；兩次反射（副虹/霓）→ 外紫內紅。 這是雙彩虹最核心的光學奧秘。
亮度差異： 兩次反射導致更多光線損失和更分散的出射，使得副虹比主虹暗淡。
亞歷山大暗帶： 兩道彩虹之間光線“匱乏”的區域，形成明顯的暗帶。
下次再看到雙彩虹，你可以這樣欣賞：
先找到明亮的主虹：記住
“外紅內紫”。
在主虹外側尋找較暗的副虹：它的顏色順序是
“外紫內紅”，與主虹相反。
觀察兩道彩虹之間的天空：你會發現那里明顯更暗，那就是
亞歷山大暗帶。
理解這些原理，你就真正看懂了雙彩虹這個自然現象背后的精妙設計——它本質上是陽光、水滴和人類觀察視角共同演繹的一場光的魔術表演！
小知識拓展：
- “霓”是副虹的正式名稱，常與“虹”并用（霓虹）。
- 霓虹燈（Neon Light）的名字正是來源于彩虹（霓虹），因為早期燈管能發出類似彩虹的絢麗色彩。
