牛顿用三棱镜将太阳光分解成七种单色光:红、橙、黄、绿、靛、紫。这种现象被称为光色散。
雨后，空空气中悬浮着大量的小水滴，小水滴起到了棱镜的作用。当太阳光进入水滴时，会在水滴与空气体的界面发生折射和反射，也会发生色散，形成一条彩色光带——天空中的彩虹空。
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下图是太阳光进入水滴时的路径。光从C点进入水滴，经D点反射，再从E点出射，水滴的球心O为AB，与入射太阳光平行，将E点发出的光向反方向延伸，与AB的夹角为α。
入射的太阳光是平行的，但由于不同颜色的光对应不同的α角，小水滴发出的光最后不再平行，α最大时强度最高，可以被观测到，这样人眼能看到的光与太阳光的角度相同，集中在一点就是一个正圆锥的侧面。所以光线发出的小水滴都在一个圆弧上。
对于一小滴水来说，只能看到一种颜色的光。不同色光的阿尔法最大值略有不同，所以进入人眼的不同色光来自于内外不同弧上的小水滴。其中，按照红、橙、黄、绿、靛、紫的顺序，每种颜色光的阿尔法最大值依次减小，红光最大，紫光最小，所以彩虹的颜色从外圈到内圈依次为红、橙、黄、绿、靛、紫，最外圈为红色，最内圈为紫色。
因为被地球遮挡，平时看到的彩虹只是上部的一部分。如果飞行时碰巧出现彩虹，你会看到彩虹是圆的。
