在高空中能俯瞰到彩虹么？下圖中這種彩色光芒的現象是如何產生的？

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圖如 http://weibo.com/2427197102/zEQMe88Wb 所示，這張圖是真實的么？

題主可能都沒意識到，自己問了一個多好的問題。

首先，這張圖是真實的，類似的圖片網上很多，例如：

因此不用懷疑圖片的真實性。但是這不是彩虹，從空中俯視彩虹應該是一個明顯的圓或圓的一部分：

如同另一位答主 @Thor 所言，通常空中俯視看到的彩虹要比從地面上看到的彩虹更接近一個圓，這是由於觀察角度引起的，具體原因在此不贅述。

那麼題目中的景象是由於什麼原因產生的呢？簡單來說，是因為偏振與雙折射。讓我們從頭說起。

1、太陽光是沒有特定偏振方向的，但是水面對太陽光的反射卻是有偏振選擇性的，可以理解為一個偏振方向反射的多，另一個偏振方向反射的少。因此廣袤的海面反射的太陽光會成為部分偏振光，為了便於理解，就簡單認為海面反射的光是某個方向偏振光即可。

2、鏡頭前加裝偏振片後，可以將偏振片旋到與海面反射光偏振方向垂直的角度。這樣反射的太陽光就會被擋住。說句題外話，要想避免拍攝水中物體時受到波光粼粼的反射的影響，一般都要裝這樣一個偏振片。

3、最重要的一點來了。如果僅僅是加裝了一個垂直角度的偏振片，至多使得俯瞰大海時顯得暗淡而已，為何會出現彩色條紋呢？這其實是因為飛機窗戶雙折射效應的影響。

可能很多人並不清楚，飛機窗戶並不是普通的玻璃，因為普通玻璃在反覆壓力與溫度變化下會變得很脆甚至碎掉。因此飛機窗戶一般都是有機玻璃的，其實就是塑料的。而這種材料在加工過程中會殘餘部分應力，裝配好之後也會受到環境壓力的作用，從而產生一種特殊的光學現象：雙折射。

要真正理解雙折射是個很複雜的過程，涉及到的背景知識太多，我們直接跳過。形象理解雙折射的作用就是，它可以旋轉光的偏振方向，當偏振方向恰好被旋轉了90°時，原本不能通過鏡頭前偏振片的太陽光就進入了相機。而偏振方向旋轉的多少是與波長、光程、雙折射效應強度有關係的，其實就是與波長、有機玻璃板的性質（如應力分布、厚度變化等）有關係，因此廣袤的海面就會呈現出漸變的彩色。

在上述過程中，海面、飛機窗戶和鏡頭前的偏振片缺一不可。因此，這是大自然的鬼斧神工和人類科技共同孕育的美麗景象。

感謝 @瞎來來同學的提示，其實除了海面的反射外，大氣分子的瑞利散射也可以產生符合要求的偏振光。因此坐飛機時不僅能夠拍攝得到五彩斑斕的海洋，也可以拍攝到五彩斑斕的天空。

海面反射光中也會包含大氣的散射光，不過具體比例難以準確測定。

總之這種現象產生的本質是 偏振光→雙折射→偏振片 系統產生的，在專業領域中叫做光彈性力學，即通過光學方法測定透明物體應力和受力情況。

作為一隻科研狗，自然不能只放嘴炮。因此我用手邊的工具檢驗了這一理論。

1、將電腦屏幕調整為純白（比如我特別隨意地打開了畫圖），由於液晶屏中有偏振夾層，因此可以認為此時液晶屏變成了一個發射偏振光的白色光源。

2、將偏振片旋到與液晶屏偏振垂直的方向，此時透過偏振片看液晶屏幾乎是純黑的：

3、把塑料水杯放在液晶屏前，是沒有彩色條紋的：

4、將第2步中的偏振片放置在水杯前，赫然出現了彩色條紋：

5、其實只要是透明塑料都可以，比如隨手拿了支中性筆：

如果大家手頭有看3D電影的偏振眼鏡，不妨動手試驗親眼看一下，效果會比我用手機拍攝的更加明顯。

回答完這個問題之後，不禁感慨這世界的神奇與美妙。所以決定開個live，與大家分享一下生活中各種各樣的「彩虹」現象：走近世界的五彩斑斕-看風景的蝸牛君，歡迎朋友們來參與討論~

本回答主要針對高票的答案（在高空中能俯瞰到彩虹么？下圖中這種彩色光芒的現象是如何產生的？ - 知乎）提出一些疑問。

高票答主 @看風景的蝸牛君的主要結論為：

海面反射的光為偏振光；
飛機舷窗的玻璃為雙折射材料；
通過偏振片觀察偏振光透過雙折射材料，能看到「彩虹色」圖案。並通過簡單的小實驗加以演示。

但是，我始終對上述解釋不能完全認同。經過思考，我認為高票答主對於雙折射現象的分析是非常正確的，但問題在於：照射到飛機舷窗上的偏振光是否是海面的反射光？

對此我表示懷疑。下面我將首先解釋懷疑的邏輯；之後將給出我關於這個問題的解答——偏振光透過雙折射的飛機玻璃，在偏振片後觀察到「彩虹色」圖案。但是偏振光源自大氣瑞利散射，而非海面反射。

1）

雖然我對於光學的知識還停留在大一的《光學》課堂上，但基本的物理感覺讓我難以相信「顯示器前的雙折射現象」與「海面上的彩虹色」是同一件事情。

從物理直覺來說，觀察到的彩虹條紋的尺度應該與三個物理尺度有關：

光的波長，對於顯示器的光和海面的反射光，顯然都是可見光範疇，二者一致；
雙折射材料折射率不均勻性的空間尺度：對於高票中的塑料杯，看起來在厘米數量級；對於飛機舷窗，看起來在分米數量級，姑且認為飛機玻璃質量更好；
光源的偏振方向的漲落：對於顯示器，顯然很均勻；而對於海面，該尺度至少應該是浪花的尺度，即米數量級。而從題主的照片來看，顏色帶（比如紅色到綠色）跨越的尺度至少有100個浪花的距離！似乎很難相信在這100個浪花的範圍內，反射出的光的偏振方向都是均一的。如果反射光的偏振方向並不均勻，那麼應該能看到與這個不均勻性的空間尺度相關的彩色條紋。但是從照片上來看，彩虹色條紋漸變的尺度明顯大於（照片中）浪花的尺度，這點很難讓人理解。

高票答主 @看風景的蝸牛君非常熱心地探討了上述疑問，請參看評論。

2）

從題主和高票答主分享的照片中來看，感覺背景的偏振光似乎非常均勻，才可以看到緩慢變化的、柔和的彩虹色色塊。雙折射的解釋相當合理，但是實在難以想像波浪起伏的海面的反射光可以如此均勻。那麼這均勻的偏振光是從哪裡來的呢？

答案是大氣的瑞利散射。

瑞利散射_互動百科

由於瑞利散射，我們才能看到藍色的天空與紅色的夕陽，這是由於散射對光波長的依賴。同時，瑞利散射的散射光也是存在偏振性的：正對和背對入射方向的散射光的偏振與入射光相同；垂直於入射光方向的散射光是線偏光。

飛機和海面之間其實是厚厚的透明的大氣，大氣在陽光下的散射光（在大多數角度上）是偏振的，所以透過舷窗看到了照片里的彩虹條紋。而由於雲朵含有大量小水滴，是大粒子散射（米氏散射），看到的是白光，且沒有特定偏振方向。所以在海面上空，沒有白雲的位置出現了彩虹色，而白雲的位置依舊是白雲本身的顏色——這產生了強大的錯覺，讓人誤以為彩虹色的光源是白雲下方的海面。其實，偏振光真正的來源，是看不見的大氣。

3）

我從國外網站上搜索了一些類似的圖片（用google圖片搜索功能，再由來源網站的介紹找到更多類似的圖片）來證明我的觀點。

圖片來源：Fatu Hiva Island, Marquesas Islands, Polynesia.

從圖片右上角海天接觸地位置，也可以看到淡淡地彩虹條紋。如果偏振光是由海面反射的，那麼在天際線之上，不應該看到彩虹色。

圖片來源：http://rebrn.com/re/rainbow-effect-over-ocean-2597685/

這張照片清晰地表明，即使飛機下方是山地，還是可以看到類似的彩虹圖案。

圖片來源：https://www.flickr.com/photos/eaghra/4482128095/

這張圖片誇張地證明了，「彩虹色」條紋的樣貌完全是雙折射玻璃本身的性質，與背景是海、雲、天沒有任何關係。

4）

我相信高票答案關於雙折射的解釋是合理的。對於偏振光的來源有待商榷——認為偏振光來源於大氣瑞利散射更符合直覺、也和這些照片所反應的現象更吻合。當然這一切都是 @看風景的蝸牛君首先給出雙折射解釋之後才能想到的問題。同時也不排除海面反射的偏振光也能產生同樣的現象，剩下的問題在於兩部分偏振光貢獻的比例差別。

首贊回答很明確了

偏振

同樣的原理

你從偏振電影眼鏡里看大銀幕，不會感覺到錆色，但是你看電影的時候低頭看微信，就會看到手機屏幕的錆色光斑

如果沒猜錯的話，這是一種常見的光學現象，叫iridescence，中文翻譯成比較奇怪的「彩虹色」。然而成像原因和彩虹很不一樣。

為什麼說常見呢？見過肥皂泡吧。