英國詩人約翰·濟慈曾擔心，科學的解釋會“解構彩虹”——認為透過理性地闡明彩虹和其他現象，科學家會剝奪世界的神秘感。然而，如果說有什麼不同的話，那就是對彩虹的細緻研究豐富了我們對它們的欣賞。多色的弧線僅僅是個開始。仔細觀察，你會看到主虹之外有一條變暗的天空帶，以及第二條較暗的弧線，其顏色順序相反。在主虹內部是綠色和紫色的弧線，被稱為副虹。彩虹的亮度可能沿著其寬度或長度變化，並且它可以在頂部附近分裂成多條彩虹。透過偏光太陽鏡觀察，當您傾斜頭部時，彩虹會時隱時現。
彩虹的基本科學解釋可以追溯到14世紀的波斯物理學家卡邁勒·丁·法裡西和德國物理學家特奧多里克·馮·弗賴貝格的獨立研究。但科學家們一直致力於該理論的研究，直至20世紀70年代及以後[參見H. Moysés Nussenzveig撰寫的“彩虹理論”；《大眾科學》，1977年4月]。許多教科書對彩虹的解釋是錯誤的，而全面的描述仍然難以捉摸。“彩虹被不應有地認為有一個簡單的解釋，”賓夕法尼亞州立大學的大氣物理學家克雷格·博倫說。
中心原理是，空氣中的每個水滴都充當鏡子、透鏡和稜鏡，集於一身。水滴將陽光向各個方向散射，但散射不均勻，傾向於將光線聚焦在入射方向138度的位置。那些與太陽形成這個角度的水滴看起來更亮；它們共同產生一個環。通常你只能看到這個環的上半部分，因為地面附近沒有足夠的水滴來填滿下半部分。“彩虹只是太陽的扭曲影像，”大氣科學家小雷蒙德·李和阿里斯泰爾·弗雷澤在他們的權威著作《彩虹橋》中寫道。
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138度的角度意味著當您背對太陽站立時會看到彩虹。透鏡角度隨波長略有變化，將白色陽光分離成彩色帶。水滴內的多次反射產生外虹；波動干涉解釋了副虹；水滴的扁平化導致弧線上的亮度變化；多種水滴尺寸產生分裂的彩虹；光被極化，很像任何水面上的眩光。
即使是這種物理學也沒有觸及我們的眼睛和大腦如何將連續光譜感知為離散的顏色。彩虹的編織既發生在我們的頭腦中，也發生在天空中。