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彩虹的形成還需要特定的氣象條件：陽光、空氣中的小水滴以及適當的觀察者角度。通常，在雨后初晴的下午，天空一邊仍有雨云而較暗，另一邊則陽光普照，這時彩虹便容易被觀察到。
彩虹的形成主要依賴于光的折射、反射和色散。太陽光是由多種顏色的光線組成的，當陽光穿過空氣中的水滴時，會發生以下幾個步驟：
光的折射：當陽光進入水滴時，由于水的折射率與空氣不同，光線會發生折射，改變其傳播方向。這個過程使得光線在水滴內部的路徑發生了彎曲。
光的反射：光線在水滴內部遇到水滴的后面時，會發生反射。大部分光線會反射回水滴內部，形成一個完整的光路。
光的色散：不同顏色的光在水中的折射率不同，因此它們在水滴內部的折射角度也不同。這就導致了光線的分散，形成了彩虹的多種顏色。
光的再次折射：當光線從水滴的另一面射出時，它又會經歷一次折射，進一步增強了色彩的分離效果。
水滴對光的反射，折射加色散形成彩虹。色散后不同色光出射的方向不同，對一個水滴出射的光我們只有站在特定的觀察點上才能看見特定的顏色光，而我們平時是站在固定的觀察點上去看空中多個水滴，這樣，不同水滴中出射的同一種色光能夠到達眼睛，這些水滴必然是在空中排成圓弧(相對觀察者講)。如果觀察點移動，就由一組新的水滴構成一個新的圓弧，其實我們每個人看到的并不是同一個彩虹。
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