از نظر تئوری همه‌ی رنگین‌کمان‌ها دایره‌ی کامل هستند ولی در روی زمین ما معمولاً فقط نیمه‌ی بالایی آن‌ها را می‌بینیم. از آنجاییکه مرکز رنگین‌کمان به صورت قطری در طرف مقابل موقعیت خورشید در آسمان است بیشترین مقداری که ما می‌توانیم از رنگین‌کمان ببینیم حدود ۵۰% آن است که آن‌هم در هنگام صبح زود یا غروب که خورشید پایین است قابل مشاهده است. برای اینکه بتوانیم دایره‌ی کامل را ببینیم لازم است که قطرات آب در زیر افق دید بیننده باشند.

وقتی نور خورشید به داخل قطرات باران می‌تابد آن‌ها به صورت منشورهای کوچکی عمل می‌کنند که نور را متفرق کرده و به رنگ‌های مجزا تجزیه می‌کند. بهترین و شفاف‌ترین رنگین کمان زمانی تشکیل می‌شود که باران خیلی شدید باشد و قطرات بزرگی در آسمان باشند. در واقع پرتوهای نور در هنگام عبور از قطرات آب دو بار خم می‌شوند. بار اول زمانی است که وارد قطرات آب می‌شوند و بار دوم هنگامی که از قطرات خارج می‌شوند.

دلیل دایره بودن رنگین‌کمان این است که قطرات آب با زاویه‌ی بین ۴۰ تا ۴۲ درجه از زاویه‌ی ورودشان خارج می‌شوند و تجمع این پرتوها در هنگام تابیدن نور به قطرات باران باعث می‌شود که یک دایره تشکیل شود ولی اگر خورشید خیلی پایین باشد مثلاً هنگام صبح یا غروب ما فقط یک نیمه از این کره را می‌بینیم و هر چه خورشید بالاتر باشد ما مقدار کمتری از دایره‌ی رنگین‌کمان را می‌بینیم. تنها راهی که بتوان دایره‌ی کامل رنگین‌کمان را دید این است که به بالای قطرات باران رفته و خورشید را در پشت سر خود داشته باشیم؛ مثلاً در داخل هواپیما و یا بالای یک آبشار می‌توان یک رنگین‌کمان دایره‌ای کامل را دید.

رنگین‌کمان از بالا دایره است

مرجع:

Rainbow

Why the shape of rainbow is semicircular after rain why not the whole atmosphere is colorful?