金氏世界紀錄觀測到的持續時間最長彩虹在臺北陽明山出現了！
2017年11月30日，彩虹高掛陽明山長達9小時，這項令人驚奇的天文奇景經金氏世界紀錄認證，打破英格蘭約克郡韋瑟比在1994年3月14日創下的6小時紀錄。此紀錄為臺灣第一次以自然科學現象所認證成功的金氏世界紀錄，對中國文化大學、臺北市、臺灣的寓意相當深遠，不僅僅是中國文化大學之光，也是臺灣之光！
位於臺北市陽明山區的文大，在這次的地理位置、地形與天氣條件都合適的情況下，才能出現這麼長時間的彩虹。彩虹的形成需要水氣與陽光，11月底正值秋冬季節，東北季風盛行，將海面上的水氣帶往陽明山所在的大屯山區。11月30日風速適當的東北季風帶來源源不絕的水氣，加上逆溫層的存在，使得大量的水滴凝結聚集在文大東北側的山頭，而過山的沉降氣流又讓南側地區保持晴朗的天氣，陽光得以照射雨滴而形成彩虹。另一方面，光線進入水滴的方向與我們看到的彩虹有42度的夾角，時間愈接近中午，彩虹相對於地平線的仰角會愈低，甚至會落在地平線之下，這也是一般平地無法看見超持久彩虹的一項限制。但因為文大位於400公尺獨立的山頭上，彩虹低於地平線時正巧落在山谷中，從校區往山谷的方向依然能夠看到彩虹，因此當天從清晨到傍晚，彩虹就從文大西北側的天空，下降到北邊的山谷，再上升到東北側的天空，完成這趟長達9小時的旅程。

[長延時彩虹]
要看到彩虹不是什麼困難的事，下雨過後經常可觀測得到，但出現的時間往往僅數分鐘，要持續長時間看到彩虹就不是一件容易的事，除了天氣條件的配合外，與季節及地理位置均有很大的關係。1994年3月14日，在英國記錄到持續6小時的彩虹，被列入金氏世界紀錄。而在2017年11月27日，於陽明山中國文化大學也記錄到6小時的彩虹，且更在3天後相同地點記錄到持續近9小時的彩虹，超越原先6小時的金氏世界紀錄約3小時之久，此乃非常難以達到的紀錄，可說是上天給的禮物。但在文大連續觀測到2次長延時彩虹來看，似乎又不是那麼不容易的事，背後有其特殊的條件。由於地理環境與氣候因素使得文大成為全臺最容易看到長延時彩虹的地點，其主要原因有幾項天時、地利、人和的條件：
1. 天時--低太陽仰角：
前面有提到，虹、霓是出現在背對太陽的另一側，即太陽、人、彩虹圓弧中心點，三點呈一直線，類似蹺蹺板，人在支點的位置，當太陽在地平線時，彩虹圓弧的中心點也在地平線。隨後太陽的仰角慢慢升高，彩虹的中心點開始下降到地平線以下，但虹距彩虹圓弧中心有約40度的視角，霓有約51度的視角，所以當太陽上升到40度仰角時，彩虹弧的最上側正好落在水平線，若太陽仰角繼續上升，虹已經落在地平線以下，根本看不到彩虹。接近中午時，太陽的仰角最高，也是觀測彩虹最困難的時候，要在中午還能看到彩虹，則太陽的仰角不能太高，所以只在冬天較有機會。太陽的仰角與時間及季節有關，冬天太陽位於南半球，陽明山地區太陽最高的仰角約在40~50°之間，因太陽仰角不高，所以接近中午時仍有希望能看到彩虹。
2. 地理位置：
文化大學位於華岡凸出的小山頭上，南側可以俯望臺北市，西側可以俯望北投、關渡地區，北側可以俯望磺溪支流的山谷，從南到西到北的方向府望的視野都很好，因此，低仰角(在腳底下)的彩虹依然可以看得到。
3. 合適的天氣條件：
文化大學位於陽明山的南側，東北季風帶來的水氣，上坡後因地形抬升，水氣凝結成小水滴，氣流過山後空氣沉降無雲，使校區內有水滴、有陽光，乃形成彩虹的必要條件。從氣候因素來看，東北季風低層吹東北風，約在2000公尺高度附近轉成西風，這個高度也是逆溫層的高度，在逆溫層以上空氣乾燥、高空無雲，使得陽光沒有受到阻擋。文化大學的高度在400公尺左右，在雲層下方約200公尺，所以可以看到源源不斷的水滴從雲底落下來，且在文大的南側又有源源不斷的陽光照進來，而這樣的環境持續近一整天，無怪乎能如此長時間看到彩虹！
4. 人合：
這道彩虹的出現，於校園的各個角落均可以拍到美美的照片，此次動員全系教師、助理及全校學生無間斷的持續拍攝，終於串成此彩虹傳奇，連續出現時間長達8小時58分(06:57~15:55)，總共收集到超過1萬張的照片，隨後開始著手申請金氏世界紀錄，經過嚴格的照片審核、天氣條件的分析以及官方對氣象資料的確認與審核，於2018年3月17日得到金氏世界紀錄的授證。

彩虹最常見的是主虹(primary rainbow)及霓(secondary rainbow)，偶而會出現複虹(supernumerary rainbow)。在文大地區出現彩虹的頻率很高，尤其以冬、春季更容易出現長延時的彩虹，而彩虹會隨時間、角度及方位移動，最佳紀錄方式是使用魚眼攝影機錄影，或使用高解析度的數位相機拍照，紀錄彩虹的清晰度、主虹、霓及複虹等景象。2018年在學校的研究經費協助下，已經於11月添購攝影相關設備。除了採購比較好的單眼相機及手持攝影外，也特別裝設四台定點式攝影機來拍攝學校北側的天空，如此一來可以完整觀測彩虹出現的畫面。此監控設備也能拍攝陽明山紗帽山附近的大氣光相與雲相，可以作為自然科學相關科普影像畫面所使用。除了持續彩虹觀測外，學術上是否能發現更具科學意函的研究發現也是目前大氣系同仁在思考的問題。另外，大氣系也開始進行陽明山彩虹天氣的條件診斷與分析，並著手評估後續彩虹預報上的可能性。希望在更多心力的投入下，這臺灣獨有的彩虹觀測可以繼續被世人所看見。

[長時間彩虹的發現]
D1(2017/11/27)早上，大氣系老師在辦公室中討論彩虹會下沉的現象，而當天竟然記錄到了早上9點到下午3點約6小時的持續彩虹，最持久彩虹(longest lasting rainbow)的觀測也就此揭開序曲。前三天的觀測目標是如何收集到更多的照片來證明當天的彩虹持續超過6小時，如此便能超越1994年在英國韋瑟比出現的彩虹世界紀錄。D4(2017/11/30)原本大氣系老師規劃到學校附近的警察局調監視器來獲得更多照片，但7點左右彩虹便高掛在學校西南側的天空，虹頂之下正是臺北市盆地。大氣系也有老師一早便架好腳架，開始拍攝彩虹的縮時，而當天第一張彩虹照片就是由他在6:57所拍攝。有了D1的彩虹拍攝預演，當天一切就容易多了，馬上上網號召助理、研究生及全校師生開始記錄彩虹，在天時地利人和的條件下，我們當天的彩虹照片一直拍攝到下午3:55才結束。接下來幾天，為了獲得更多照片，也透過網路平台、學校廣播跟學校師生發起募集照片，而最後的成果就是蒐集了大約近萬張左右的照片，也完成了第一階段的彩虹觀測資料蒐集。我們之後就根據這些照片製作縮時影片、「彩虹時鐘」影片來向金氏世界紀錄(Guinness World Record, GWR)提出申請。
第二階段的觀測任務則是在開始向GWR聯繫到紀錄確認的過程，從1月份開始直到1月底(D30-D60)，透過數十封電子郵件的紀錄申請詢問與觀測資料提供，GWR的紀錄認證人員也覺得我們的彩虹觀測非常特別，並且給予很高的評價可以挑戰1994年的最長彩虹紀錄。藉此紀錄申請的狀況逐漸明朗底定，2月到3月中旬這段期間(D60-D110)，我們則積極尋找贊助單位並協調校方安排後續簽約、付款、及安排授證典禮的活動，當然期間遇到的問題也不少，但也逐一順利克服。然而在授證前一天D110(2018/3/16)我們收到GWR提出由於此觀測紀錄乃是相當重要的自然現象，要有具權威的第二單位來評論文大所分析的彩虹形成條件與氣象數據是否正確；所幸在中央氣象局長官協助下發出郵件說明我們的資料與分析相當正確與合理，當天下午6點半我們收到GWR倫敦總部的確認授證典禮是可以如期在D111(2018/3/17)舉行，這也表示我們終於挑戰最長時間彩虹觀測紀錄成功，真是千鈞一髮。三週後，D131(2018/4/6)於GWR的官方網頁上正式勘登這項紀錄，但同樣迫於臺灣名稱無法於國際上公開認可，標註地點為中華台北，這是稍微感到美中不足的地方。
[細說彩虹]
我們都做過光線分色的實驗，當光線通過三稜鏡時會被分色，此乃由於光線通過不同的介質時會產生折射，不同顏色的光的折射角度不同，根據司乃耳定律(Snell's Law)，可算出偏折角度，波長較長的紅光偏折角度較小，而波長較短的藍色光、紫色光偏折角度較大，使得原先進入三稜鏡的白光離開三稜鏡時變成七彩的顏色。彩虹也是這個原理，天空中水滴扮演三稜鏡的角色，光線進入水滴後產生折射，不同顏色的光即產生分離，當光線到達水滴的另一側時，一部分的光線會直接穿出水滴，另一部份的光線在水滴的內緣被反射，被反射的光繼續在水滴內傳播離開水滴進入空氣。由於空氣與水滴乃不同介質，因此光線再一次發生折射，總共歷經2次折射、1次反射，使得紅光與紫光的傳播方向朝不同的方向傳播。最後紅光離開水滴與入射光的夾角約42度，而紫光與入射光的夾角約40度。離開水滴後由於紅光與紫光各朝不同方向傳播，人若在定點位置，假設能看到此水滴所產生的紅光，那則看不到此水滴所折射出來的紫光，而所看到的紫光是來自於較下方(或是較內側)的水滴，所以看到的彩虹是紅光在外圈、紫光在內圈。有一部分的光會再一次被反射，再折射出水滴，歷經2次的反射及2次折射後，看到的彩虹就是霓，入射光與出射光的夾角約51度。如果同時看到虹與霓，則虹在內圈、霓在外圈。虹的顏色分布，由內向外是：紫(靛)藍綠黃橙紅，而霓的次序則與虹相反。
人類肉眼所看到的彩虹均來自不同的水滴。對虹而言，紅光是來自較高(外側)的水滴，而紫光是來自較低(內側)的水滴，霓則與之相反。換句話說，要看到彩虹一定要有水滴及陽光，人的位置在彩虹與太陽中間，即太陽在東方時，彩虹一定在西方，太陽在西方時，彩虹一定在東方，而且虹的亮度一定比霓亮。另外，彩虹的清晰度(顏色分明)與水滴的大小有關，水滴越大，產生的分光效果越好，彩虹清晰度越好，此時水滴的直徑約1~2毫米，當水滴直徑小於0.1毫米時彩虹色澤會變得很不清楚，或呈現灰色狀況。另一個值得思考的問題，虹是光線在水滴中1次反射，而霓是光線在水滴中2次反射，有無可能光線在水滴中出現3次、4次甚至是更多次的反射呢？答案是肯定的，光線每歷經一次的反射，就會損失一部份的能量，經過多次反射後，能量所剩寥寥無幾，亮度也會衰弱許多，不易觀察到。文獻上記載2011年6月11日賽斯納(Michael Theusner)在德國席夫多夫(Schiffdorf)曾同時拍攝到3、4次反射的彩虹，方位是面對太陽方向離太陽約45度；2012年8月8日，伊登斯(Harald E. Edens)在美國新墨西哥州的朗繆爾(Langmuir)觀測台拍到5次反射的彩虹(Gunther P. Können, 2017, Bulletin of the American Meteorological Society)，出現的方位在虹與霓之間。
資料提供:劉清煌老師、周昆炫老師