日暈（特別是最常見的22度暈）呈現“內紅外紫”的顏色順序，其根本原因在于冰晶對陽光的折射和光的色散，遵循物理學中的最小偏向角原理。以下是詳細解讀：
1. 核心元件：六角柱狀冰晶 * 日暈主要由高空卷云或卷層云中的六角柱狀冰晶產生。 * 這些冰晶像微小的透明棱柱或鉛筆。 2. 關鍵物理過程：折射與色散 * **折射：** 當光線從空氣進入冰晶（或從冰晶進入空氣）時，其傳播方向會發生偏折（折射）。 * **色散：** 陽光（白光）是由不同波長（顏色）的光組成的混合光。冰（和水一樣）對不同波長的光具有不同的折射率。**紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。** 這意味著當白光被折射時，不同顏色的光會被不同程度地偏折，從而分離開來，形成光譜。這就是光的色散現象。 3. 決定性因素：最小偏向角 * 對于特定形狀的棱鏡（包括六角柱冰晶的特定棱角），存在一個特定的入射角，使得光線穿過棱鏡后產生的**總偏轉角最小**。這個特定的總偏轉角稱為**最小偏向角**。 * 在形成22度暈時，光線主要是通過冰晶的**90°棱角**（即相鄰兩個側面的夾角）發生折射。計算和實驗都表明，對于冰晶，這個路徑的最小偏向角非常接近**22°**。這就是22度暈名稱的由來。 4. 最小偏向角與顏色的關系 * 由于不同顏色的光折射率不同（色散），它們對應的**最小偏向角也不同**。 * **折射率小的光（紅光）最小偏向角也較小。** * **折射率大的光（紫光）最小偏向角也較大。** * 具體數值（以冰為例，近似值）： * 紅光 (656 nm)： 最小偏向角 ≈ 21.7° * 橙光/黃光： ≈ 21.8° - 22.0° * 綠光： ≈ 22.1° * 藍光： ≈ 22.3° * 紫光 (405 nm)： 最小偏向角 ≈ 22.4° 5. 暈環顏色的形成：觀察者的視角 * 天空中有無數隨機取向的冰晶。對于觀察者來說： * 只有那些**光線路徑恰好滿足最小偏向角條件**的冰晶，才能將光線有效地折射到觀察者的眼睛里。偏離這個角度的光線要么很弱，要么被折射到其他方向去了。 * 因此，觀察者看到的22度暈環，實際上是由所有滿足最小偏向角條件的冰晶貢獻的光組成的。 * **為什么內紅外紫？** * **紅光（最小偏向角 ≈ 21.7°）**： 只有那些能將紅光以大約21.7°角折射到觀察者眼睛的冰晶才有效。這個角度最小，所以紅光出現在**離太陽最近的內側**。 * **紫光（最小偏向角 ≈ 22.4°）**： 只有那些能將紫光以大約22.4°角折射到觀察者眼睛的冰晶才有效。這個角度最大，所以紫光出現在**離太陽稍遠的外側**。 * **中間顏色**： 黃、綠、藍光的最小偏向角介于兩者之間，因此它們依次排列在紅光和紫光之間。 6. 與彩虹的對比（重要區別） * 彩虹（主虹）是“內紫外紅”，順序與日暈相反。這是因為形成機制不同： * **彩虹：** 由水滴內部的**一次反射和兩次折射**形成。紅光偏向角小（約137.5°），紫光偏向角大（約139.5°）。由于觀察者背對太陽，這個大的偏向角意味著紅光出現在彩虹圓環的外側（離太陽的反方向更遠），紫光在內側（離太陽的反方向更近）。簡而言之，彩虹是“反射虹”，光線在水滴內多走了一次反射路徑，導致色序反轉。 * **日暈：** 主要由冰晶的**純折射**（無內部反射或反射作用很小）形成，遵循最小偏向角原理。紅光最小偏向角最小，出現在內側；紫光最小偏向角最大，出現在外側。 總結日暈（22度暈）呈現“內紅外紫”的顏色順序，其物理學本質是：
冰晶折射： 六角柱冰晶對陽光進行折射。 色散： 冰對不同波長的光折射率不同（紅光折射率最小，紫光最大）。 最小偏向角原理： 光線以最小偏向角穿過冰晶時效率最高。紅光的最小偏向角最小（約21.7°），因此出現在暈環內側；紫光的最小偏向角最大（約22.4°），因此出現在暈環外側。其他顏色按最小偏向角大小依次排列在中間。這種顏色排列是冰晶折射暈的典型特征，與水滴反射折射形成的彩虹色序相反。
