這種被稱為“幻日”(Sun Dogs或Parhelia)的壯觀景象,是一種由大氣中的冰晶折射和反射陽光形成的暈象。它的形成需要非常特定的條件:
核心要素:
高層薄云: 通常是卷云或卷層云,這些云位于大氣層的高處(大約6公里以上)。
冰晶: 云中含有大量微小的
六角形片狀冰晶。
冰晶取向: 這些片狀冰晶在空氣中緩慢下降時(shí),會(huì)像無數(shù)個(gè)小盤子一樣,
大致水平地飄浮著(即它們的兩個(gè)六邊形大面基本平行于地面)。
太陽位置: 太陽位置不能太高,最好是在地平線附近(日出或日落前后最常見),這樣光線才能以合適的角度穿過冰晶。
形成過程:
陽光入射: 當(dāng)太陽光照射到這些大致水平排列的六角形片狀冰晶上時(shí)。
側(cè)向折射: 光線會(huì)從冰晶的
側(cè)面(一個(gè)六邊形面)進(jìn)入冰晶。
內(nèi)部傳播: 光線在冰晶內(nèi)部傳播。
從相鄰面折射出: 光線從與入射面
相鄰的另一個(gè)側(cè)面(相隔60°角)折射出來。
最小偏向角: 對于六角形冰晶,這種特定路徑(從一面進(jìn),從相鄰60°的面出)的光線,其偏折角度有一個(gè)最小值,大約在
22°左右。這個(gè)角度是由冰晶的幾何形狀和冰的折射率決定的。
匯聚與成像:- 由于冰晶是水平排列的,所有那些折射角度恰好接近22°的光線,會(huì)主要匯聚在太陽左右兩側(cè)、與太陽同一水平高度、距離太陽大約22° 的兩個(gè)點(diǎn)上。
- 這些匯聚的光線就在這兩個(gè)點(diǎn)上形成了明亮的、類似太陽的光斑,這就是幻日。它們通常位于一個(gè)較暗的22°暈圈(如果冰晶方向更隨機(jī),會(huì)形成完整的暈圈)與太陽同一高度的位置上。
為什么會(huì)有顏色?
- 冰對不同波長的光(不同顏色)的折射率略有不同(色散現(xiàn)象)。
- 紅光折射率最小,偏折角度略小于22°;紫光折射率最大,偏折角度略大于22°。
- 因此,在幻日光斑上,你會(huì)看到內(nèi)側(cè)(靠近太陽的一邊)呈紅色,外側(cè)呈藍(lán)色或藍(lán)白色,中間部分可能是黃色或白色。顏色鮮艷程度取決于當(dāng)時(shí)大氣條件和冰晶的均勻性。
“多個(gè)太陽狀光斑環(huán)繞真太陽”的可能解釋:
- 最常見的“兩個(gè)”幻日: 絕大多數(shù)情況下,幻日成對出現(xiàn),在太陽左右兩側(cè)22°處。
- 22°暈圈: 如果云中的冰晶方向比較隨機(jī),而不僅僅是水平排列,那么除了幻日點(diǎn),還會(huì)形成一個(gè)以太陽為中心、半徑為22°的圓形或部分圓形的光暈。幻日通常位于這個(gè)暈圈與太陽同一水平高度的兩個(gè)點(diǎn)上。這看起來就像兩個(gè)光斑在環(huán)繞太陽。
- 其他暈象的組合: 在非常理想和復(fù)雜的冰晶條件下,除了22°暈和幻日,還可能同時(shí)出現(xiàn):
- 上切弧/下切弧: 出現(xiàn)在22°暈圈正上方或正下方的光斑或光弧(需要太陽高度角合適)。
- 環(huán)天頂弧: 出現(xiàn)在太陽正上方、像倒掛彩虹的彩色光弧(由垂直取向的六角柱狀冰晶形成)。
- 環(huán)地平弧: 出現(xiàn)在太陽下方、接近地平線、像平躺彩虹的巨大彩色光弧(需要太陽高度角很高,且由水平取向的片狀冰晶形成)。
- 多個(gè)光斑的感知: 當(dāng)22°暈圈、左右幻日、以及可能的上/下切弧同時(shí)出現(xiàn)時(shí),在視覺上就會(huì)形成多個(gè)明亮的光斑(左右兩個(gè)最亮,上下可能稍弱)圍繞在太陽周圍(22°暈圈上)的景象。這就是你描述的“多個(gè)太陽狀光斑環(huán)繞真太陽”。
總結(jié)一下關(guān)鍵點(diǎn):
- 成因: 高層薄云(卷云/卷層云)中的水平排列六角片狀冰晶對陽光的折射。
- 位置: 太陽左右兩側(cè),與太陽同一高度,距離太陽約22°。
- 顏色: 內(nèi)側(cè)偏紅,外側(cè)偏藍(lán)(色散)。
- “多個(gè)光斑”的構(gòu)成: 通常是左右兩個(gè)幻日(最亮)+ 22°暈圈(背景光環(huán))+ 可能的上/下切弧(其他光斑)。
- 最佳觀測條件: 日出或日落時(shí)分,天空有薄薄的高層云(卷云或卷層云覆蓋部分或全部天空)。
幻日是一種美麗而相對常見的暈象,是大氣光學(xué)送給我們的奇妙禮物。下次再看到它,你就知道是無數(shù)微小冰晶在天空中上演了一場精妙的光學(xué)魔術(shù)!