彩虹，稱天穹、天虹、天弓、絳，簡稱虹，是氣象中一種光學現象，太陽光照射到半空中水滴，光線折射及反射，天空上形成拱形七彩光譜，外圈內圈呈、橙、黃、綠、藍、靛藍、堇紫七種顏色[1]（霓虹則相反）。
事實上彩虹有無數種顏色，比如，紅色和橙色之間有許多種細微差別的顏色，文化背景解讀3-9種，只用六七種顏色作為區別[2]。
國際LGBT聯盟彩虹旗為六色：紅橙黃綠藍紫。
紅橙黃綠藍靛紫七色説，六色基礎上紫色分出藍色靛。
現代中國民間七色劃分往往是來毛澤東詩詞中：赤橙黃綠青藍紫[3]，青色這裏指色，即英文cyan，和中國傳統青色含義。
要是橙色分為、兩種九色。
三色説有：紅綠藍，光學三原色，所有顏色光是這三種顏色混合出來[4]，和亞裏士多德紅、綠、藍三色説，兩頭加中間[5]。
彩虹形狀多弧形，出現和太陽相對着方向，從外（半徑）弧內弧顏色紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。
另一個可見到彩虹地方是瀑布附近，天氣下背陽光空中灑水或噴灑水霧，可以製造人工彩虹。
月虹，稱晚虹，是一種現象，月光晚上可能出現，於人類視覺晚間光線情況下分辨顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。
彩虹是因為陽光射空中接近球形小水滴，造成色散及反射而成。
陽光射入水滴時會同時角度入射，水滴內角度反射。
當中以4042度反射，造成我們見到彩虹。
造成這種反射時，陽光進入水滴，折射一次，然後水滴背面反射，後離開水滴時折射一次，一次反射兩次折射。
因為水對光有色散作用，波長光折射率有所不同，紅光折射率藍光小，而藍光偏向角度紅光大。
於光水滴內反射，所以觀察者看見光譜是倒過來，紅光上方，其他顏色下。
因此，彩虹和霓虹高度，顏色層遞順序反過來。
彩虹光線兩次折射、一次反射，霓虹是光線兩次折射、兩次反射。
彩虹形成角度可以上圖粗略計算得到。
設入射光高度上的分佈是勻，界面處損失，角度出現滿足條件
取水折射率
n
=
1.33
{\displaystyle n=1.33}
，可得值出現在
處，此時
視線入射光夾角
4
r
−
2
i
=
42.5
∘
{\displaystyle 4r-2i=42.5^{\circ }}
，進一步計算可知，當
n
{\displaystyle n}
1和2之間時，此角度隨折射率增大而減小，這可以解釋什麼虹外圈是紅色而內圈是紫色。
“霓”是“虹”應一種現象。
虹是下雨天以及雨後天晴之際，陽光穿透空氣中水珠而發生折射，散射出七彩光芒。
彩虹形狀多弧形，出現和太陽相對着方向，從外（半徑）弧內弧顏色紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。
霓叫“副虹”，形成與彩虹原理大致相同，只是光線水珠中反射多了一次，綵帶排列順序和彩虹相反，內，紫在外。
而彩虹和霓主要是因為折射和反射次數上，導致色彩排列相反。
彩虹其實並非出現在半空中位置。
它是觀察者看見一種光學現象，彩虹看起來所在位置，會隨著觀察者位置改變而轉移。
而看到彩虹可能只是一半，並非全部（一座橋樣），主要因為區域性氣候上水氣濕度影響觀察者看到彩虹時，它位置是太陽相反方向。
彩虹拱以內中央，其水滴反射，放大了太陽影像。
所以彩虹以內天空彩虹以外。
彩虹拱形中心位置，是觀察者頭部影子方向，虹本身觀察者頭部影子與眼睛一線以上40°42°位置。
因此太陽空中於42度時，彩虹位置地平線以下而不可見。
這是甚麼彩虹會出現中午原因，主要和太陽光入射角度有關係。
彩虹一端另一端，橫跨84°。
35mm機，需要焦距19mm以下廣角鏡頭才可以單格整條彩虹拍下。
倘若夠處，會看見彩虹會是圓形而不是拱形。
早在中國唐朝，孔穎達提出了“若雲薄漏日，日照雨滴虹生”，表明了虹是日光照射雨滴所產生現象。
兩次反射結果，使得霓的色彩排列和虹弧相反，藍色在外而紅色內。
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他指出，要看到虹“背日”[6]。
北宋時,天文曆算學進士孫彥提出“虹乃雨中日影，日照雨有。
”説法，解釋了彩虹乃是水滴陽光折射和反射[7]。
孫彥先發現後來宋代沈括夢溪筆談引用及證實，且沈括地觀察到虹和太陽位置與方向是現象[8]。
孫彥先和沈括人虹這些發現西方早了幾百年。
1304年1310年間，歐洲多我會修士迪特里希·馮·弗賴貝格（Dietrich von Freiberg）通過注滿水圓形玻璃瓶置於太陽光下，研究虹形成機理。
他使用注滿水玻璃瓶，不是它看成縮微雲，而是看成放大水滴。
笛卡爾1637年發現水滴大小不會影響光線折射。
他玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光折射指數，數學證明彩虹主虹是水點內反射造成，而副虹是兩次反射造成。
他計算出彩虹角度，但未能解釋彩虹七彩顏色。
後來牛頓以三稜鏡展示太陽光散射成彩色後，關於彩虹形成光學原理全部發現。
大多數人因為沒有積極去觀察而會注意到霓，霓是出現主虹外側第二道彩虹。
霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生，出線角度50–53°[9]。
兩次反射結果，使得霓的色彩排列和虹弧相反，藍色在外而紅色內。
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霓比虹闇弱，因為兩次反射不僅使得光線逃逸掉，散佈區域廣。
虹與霓之間照亮天空，因為是亞歷山大描述，所以命名亞歷山大帶。
9月3日，北京喜現雙彩虹美景朋友圈刷屏。
雖然彩虹是一種景象，但即便如此，每雨後天空中升起彩虹時，能吸引大家目光，而雙彩虹足夠“吸睛”。
那麼，雙彩虹是怎樣形成？什麼很多時候，我們只能看到一道彩虹？科技日報記者採訪了湖北省農業氣象專家黃智敏，這些問題一一作了解答。
黃智敏説，空氣濕度時，空氣中水汽可以看做是無數個小水滴。
太陽光射入小水滴時，會發生兩次折射和一次反射，即“折射—反射—折射”現象。
太陽光是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色組成，當照射到水滴上時會出現第一次折射，於這7種顏色光波長，它們偏向角度會，這時太陽光會分解7種單色光；折射後單色光到達水滴背面後，會反射規律發生反射；反射後單色光將回到入射水滴這一面，這時發生第二次折射，並單色光形式射出水滴。
波長最短紅光，水珠中折射率，使得其出射光線入射光線構成夾角，而波長最短紫光，水珠中折射率，使其折射光線入射光線構成夾角，其他光依序其中分佈，人們肉眼見到外紅內“虹”。
我們天空中看到“虹”時，説陽光水滴內進行折射和反射，意味着“霓”存在。
霓的形成虹相似，只是太陽光水滴內經歷了兩次折射和兩次反射，即“折射—反射—反射—折射”，於相比虹形成多了一次反射過程，其折射率紅光出射光線方向與入射方向成夾角，折射率紫光出射方向與入射方向成夾角，我們看到色彩排序會恰好相反，呈現紅色內、紫色在外形式。
但是太陽光水滴後發生兩次反射情況發生一次反射情況光能量損失很多，因而霓的亮度比虹亮度暗得多，人們觀察到。
所以，只有當光能量足夠大或者能量損失足夠時候，我們才能看到霓。
若可見，於虹角半徑42度左右，霓的角半徑52度左右，故霓虹之上並之平行。
當虹和霓我們看到時，呈現出了雙彩虹景象。
理論上來講，太陽光是可以小水滴裏進行多重反射。
但是於每一次反射會導致光吸收和光減弱。
所以我們多只能看到兩條彩虹。
彩虹形成基本條件是水汽和太陽光，水汽否和季節、地域相關。
季節上講，冬天氣温，空中存在小水滴，下雨機會，所以冬天會有彩虹出現。
夏季對流天氣多，雷雨、陣雨天氣，是急匆匆地下完雨放晴，因此看到彩虹。