当太阳光射向一颗水滴时，一部分光散射了出去，剩下一部分则穿透水珠，并在水滴的另一侧反射而回。这种水滴内部的反射光便造就出了彩虹，而其中各种色彩的分布则遵循斯涅尔定律（光的折射定律），它描述了光速与折射角度的关系。其描述是：光在水中的速度比空气中要慢，而这种突然的减速会导致它的方向改变。此外，短波长光线（如紫色光）的改变量会比长波长光线（如红光）要大，这便使得白色的太阳光展开成各种颜色的光谱。

实际结果是：每种颜色的光射向水滴后侧的不同部位，然后各自以不同的角度射出。设想一个图景，天空中遍布着小水滴，每个水滴都反射回各种颜色的光线，但是由于各种色光回射的角度不同，我们会见到不同的色光出现在不同的高度。 想象一下，将入射光线和出射光线延长，最后相交而成一个角度，红光的夹角为42.4度，它在彩虹的最上方，或者说你看到的彩虹的红光是来自上方42.4度的那些水滴。而紫光夹角为40.7度，它在彩虹的最下方，你看到的彩虹的紫光是来自上方40.7度的那些水滴，比红光的那些水滴要稍微低一些。

θ1 光线进入水滴时的入射角。

θ2 光线穿过水滴后的折射角。

v1 光线在空气中的速度。此时它接近于真空中的光速，所有颜色的光速几乎相同。

v2 光线在水中的速度，大约比在空气中慢25%。在水中，紫光约比红光慢1%。

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