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如果陽光恰好在合適的時刻照射到陣雨上，波光粼粼的色彩就會在地平線上劃出一道弧線。雖然最常見的彩虹是包含從紅色到紫色的所有顏色的新月形，但如果你仔細觀察，你會發現彩虹有令人驚訝的顏色和形狀。科學家們終於弄清楚了其中的原因。
彩虹可以是純紅色，缺少紫色和藍色，或者完全是白色。多條虹可以像一疊牌一樣堆疊在一起，或者兩條虹可以從同一個聚寶盆中湧出。站在山頂上，背對著太陽，前方有一場風暴，你甚至可能會目睹一個完整的 360 度閃閃發光的彩色光環。
只要空氣中有水滴並且有光線與之相互作用，彩虹就會出現。陽光進入水滴，經過折射和反射，然後再次射出，像扇子一樣散開，形成彩虹眾所周知的色調。水滴的作用很像稜鏡和透鏡；稜鏡將白光分離成其組成顏色，而透鏡（水滴彎曲的表面）將它們聚焦成彩虹強烈的弧形。
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但是，只有當入射光包含可見光譜的所有顏色時，彩虹才包含所有這些顏色。“任何在光線照射到水滴之前改變光線的因素都會影響彩虹的顏色，” 達特茅斯學院的研究員 Wojciech Jarosz 說，他模擬光線如何與水和其他材料相互作用，從而為動畫電影和影片遊戲建立逼真的影像。“如果某一天汙染特別嚴重，天空呈黃色，你就會得到更黃的彩虹，” Jarosz 說。額外的汙染顆粒改變了空氣散射和吸收不同顏色光線的方式。在日落時捕捉彩虹，藍色、綠色、黃色甚至橙色都可能消失，只有紅色才能穿過大氣層而不被散射掉。
光線不是唯一可以改變彩虹形狀的因素。水滴本身也同樣重要。小雨滴形成近乎完美的球體，而較大的雨滴在下落時由於空氣阻力而呈現漢堡狀並變扁。“如果你沒有一個完美的球形水滴，彩虹弧就不再具有完美的對稱性，” Jarosz 說。來自較大水滴的彩虹更靠近地平線，看起來比完美的圓形更扁平，並且它們的顏色可能比由較小水滴形成的更飄渺、更寬的彩虹更鮮豔。
將兩場具有不同大小雨滴的陣雨混合在一起，可能會出現奇特的孿生彩虹。每場陣雨都會產生自己獨特的彩虹，這些彩虹沿著不同的路徑彎曲，但兩者似乎在底部連線在一起。“它們不是很常見，” Jarosz 說，他是最早解開孿生彩虹如何形成的謎題的人之一。“你首先需要具備彩虹的所有條件，並且兩組水滴的大小差異足夠大，以至於你可以清楚地看到每條單獨的彩虹。” 相反，如果陣雨具有廣泛的水滴尺寸分佈，則兩條彩虹會模糊成一條。
雖然沒有光線和水滴就不會出現彩虹，但這些成分不必來自太陽和雨雲。比利時馮·卡門流體動力學研究所的物理學家 Jeroen van Beeck 在實驗室中用雷射和液滴噴霧製造紅色彩虹。“單色彩虹沒有那麼浪漫，但它們更純淨，” van Beeck 說。“你可以從中獲得大量資訊。” 每個液滴都有自己獨特的彩虹指紋。在受控條件下形成彩虹，你可以精確地確定液滴的形狀、大小、成分甚至溫度。
在自然界中，大多數變化來自太陽的高度角，而不是空氣的溫度或水滴的扁平程度。彩虹圓圈的中心直接位於太陽的對面。在黎明時分，這個中心點在地平線上——正好一半的圓是可見的，彩虹高懸在空中。（其餘部分隱藏在地平線以下，只有當你站在山頂上或乘坐飛機時才能看到。）隨著太陽昇起，這個中心點下沉，彩虹慢慢從視線中消失。如果在盛夏的中午下雨，天空將是空曠的。” “光線從你正上方射下來，彩虹在地下，” van Beeck 解釋道。
Katherine Wright 是《美國物理學會》在紐約長島的科學作家和期刊編輯。