天空可能同时出现两条彩虹吗？

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双层彩虹很常见吧，罕见的是更多的彩虹……

下图是一张NASA认证过的伪三层彩虹（单层彩虹+正常双彩），这实际上是一个正常的双层彩虹叠加了一个不同心的单彩虹。这个单彩虹可能是由于水面反射的太阳光照到雨滴，形成的圆心在地平线之上的彩虹（通常的双层彩虹圆心在地平线之上）。

https://apod.nasa.gov/apod/ap070912.html

下图是2015年纽约出现的复双彩，两个不同心双层彩虹叠加。这也被认为是水体反射产生，此时太阳高度应该接近地平线。（注意这不是真的四重彩虹，四重彩虹是太阳光被水滴四次反射产生。）https://www.google.com/amp/relay.nationalgeographic.com/proxy/distribution/public/amp/2015/04/150422-quadruple-double-rainbow-quaternary-tertiary-rain-atmosphere-science

下图是2011年拍摄的真四重彩虹的第三第四彩虹，第一第二彩虹在拍摄者的背面。根据光学原理，如果形成四重彩，需要四次反射，成像点不在太阳背面，反而靠近太阳，因而极为罕见。https://www.google.com/amp/s/amp.livescience.com/16405-quadruple-rainbow-photographed.html

相关文章：http://adsabs.harvard.edu/abs/2011ApOpt..50F.129T

下图是2013年俄罗斯拍摄的另一张四重彩虹，左图是一二重，右图是三四重，注意右图向着阳光测拍摄

2014年拍摄的另一张三重彩虹，第三重彩虹见箭头方向：

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物理部分：

其实双层，三层，四层彩虹的原理都比较简单，天空小水滴可以近似认为球形。光线进入球形水滴会发生折射和反射，反射一次是单层，两次反射是双层，三次，四次就是三重，四重彩虹。不用多说，多重彩虹由于多次反射，强度逐步递减，因而极为罕见。

双层彩虹光路， @qfzklm 已经详细解释。太阳光被反射一到二次后出射，出射光路都背对太阳，角度稍微不同，一般来说二层彩虹角度更高。

三，四重彩虹具体光路需要在两次反射基础上继续反射。光路如下图

Feast your eyes on a complete quadruple rainbow

也可以用下流的水柱作演示示意总体光路。如下图显示：3，4重彩虹出射光路和太阳光入射角度总体来说大方向相同，不过有40~50度的偏差。因而对观测者来说，3，4重彩虹要在朝向太阳的那边观测。

下图来源： Atmospheric Phenomena

更多请参考文献：

Rainbows in nature: recent advances in observation and theory

更高阶彩虹可以访问网址：

Higher Order Rainbows - OPOD

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更新：看到这里，如果有人告诉你他看到了四条平行的彩虹，那么这要么是极为罕见的同心复双彩虹，这几乎要求太阳靠着地平线。要么，他看到了伪造的视频或者图片，比如

像下图这种就是纯粹的PS了。

外红内紫的是“虹”，外紫内红的是“霓”。

虹是因为太阳的入射的平行光经过弥散在空中的小水滴中反射形成的，因此，虹都是背向太阳才能看到的。如下图，虹是分别经过一次折射、反射、折射后形成的，而霓则是分别经过一次折射、两次反射、折射后形成的。

关于虹的视角为什么是42度角，是由于42度角是最小偏向角，由于水滴形成的色散导致颜色最为集中，因此能在大背景的白光中看出颜色来。别的角度则由于各种色光混合，就变成白光看不出颜色了。。

因此 $frac{d(2i-r)}{dh} = 0$ ，结合折射定律 $frac{sin i}{sin r}=n$ ，就有 $4 cos^2 i+sin^2 i=n^2$ ，根据水的折射率 $n=1.33$ ，就能算出最小偏向角 $4i-2r=42^circ$ 。再结合色光的色散，还能计算不同色光的视角，虹的宽度等等。。