環天頂弧
環天頂弧(英語:circumzenithal arc或circumzenith arc,縮寫:CZA)又稱圓弧或稱布拉維弧(Bravais' arc),是一種在外觀上類似彩虹的光學現象;但它的形成是太陽光從水平方向通過冰晶(一般位於卷雲內)後折射而形成,而非雨滴。
目录
概述
環天頂弧也稱為圓弧 ( CZA ), 上下顛倒的彩虹和Bravais弧 [1]是一種光學現象,在外觀上與彩虹相似,但屬於由陽光折射產生的光環家族冰晶 ,通常在卷雲或卷雲中 ,而不是來自雨滴。弧線位於觀測到的太陽上方相當大的距離(約46°)處,最多形成以天頂為中心的四分之一圓。 它被稱為“天空中的微笑”,它的第一印像是倒置的彩虹。 CZA是光環家族中最明亮,最豐富多彩的成員之一。 它的顏色從頂部的紫色到底部的紅色不等,比彩虹的顏色更純正,因為它們的重疊很少。
排列順序與彩虹相反
環天頂弧形成於和太陽同一側的天空,並且以不超過四分之一圓周的長度環繞天頂。它的最內側顏色是藍色,最外側則是紅色,排列順序與彩虹相反。環天頂弧是其中一個最明亮和最多種顏色的暈。它的顏色比彩虹單純,這是因為在形成過程中重疊的顏色較少。而它給人的第一印象就是上下顛倒的彩虹。
被稱為天空的微笑
環天頂弧曾經被稱為「天空的微笑」。因為它的形成位置相當高,很少被人注意到,但實際上它是相對較常見的大氣光學現象。產生幻日的卷雲也可以在天頂附近產生環天頂弧,通常發生於太陽在天空角度較低時。
太陽20°-22°觀察時最亮
沿周向圓弧的強度分佈需要考慮以下幾種影響:菲涅耳的反射和透射幅度,大氣衰減,色散(即圓弧的寬度),方位角色散(射線束)和幾何約束。[2] [3] 實際上,當在大約20°觀察到太陽時,CZA最亮。
與公眾意識相反,CZA並不是一種罕見的現象,但是由於它發生在頭頂上,所以它經常被忽略。 值得一提的是,當太陽狗可見時,要提防它,因為引起太陽狗的相同類型的冰晶(水平方向的板狀六邊形棱鏡)是造成CZA的原因。
有單色的幻日環
形成環天頂弧的太陽光會從冰晶的平坦頂面進入,從其中一個稜鏡面射出。幾乎平行的太陽光經過角度90°的稜鏡折射後將是寬色分離和較單純的顏色。環天頂弧只能在太陽的仰角低於32.2°時形成。當太陽的仰角在22°時的環天頂弧最明亮,因為這時的太陽光進入和離開冰晶時的偏向角最小;這時形成的環天頂弧長度22°,寬度3°。環天頂弧的長度因為太陽仰角的不同而在32.2°和0°之間變化,並且在這兩個極值的環天頂弧亮度會非常微弱。當太陽的仰角高於32.2°,光線會從冰晶的底部離開,會形成幾乎只有單色的幻日環。
編隊
形成CZA的光通過其平坦的頂面進入冰晶,並通過側面的棱鏡面出射。 通過基本上是90度棱鏡的幾乎平行的太陽光折射,可以實現較寬的分色和色彩純度。 只有當太陽的高度低於32.2°時,才能形成CZA。當太陽位於地平線上方22°時,CZA最亮,這導致太陽光以最小偏角進入和離開晶體。 那麼它的半徑大約是22°,寬度大約是3°。 CZA半徑根據太陽高度在32.2°和0°之間變化。 在這兩種極端情況下,它都將逐漸消失。 在高於32.2°處觀察到太陽時,光線會通過底面從晶體中射出,從而形成幾乎無色的傘狀圓 。
由於該現像還要求冰晶具有相同的方向,因此僅在沒有湍流且沒有明顯的上下氣流的情況下才會發生。 [4]
月圓弧
與所有光暈一樣,CZA可能是由月亮和太陽的光引起的:前者被稱為月圓弧。[5]它的出現比太陽的種類少,因為它需要月亮足夠明亮,這通常僅在滿月附近發生。
人造外接圓弧
可以使用水玻璃實驗(至少自1920年以來為人所知,[6]來創建人造的外接弧。 照亮(完全傾斜)幾乎充滿水的圓柱形玻璃的頂部空氣-水界面會將光線折射到水中。玻璃應該放在桌子的邊緣。 這樣,圓柱體側面的第二次折射就是傾斜射線折射。 當考慮旋轉平均時,總折射證明等於通過直立六邊形平板晶體的折射。 然後,將在地板上投影出彩色的人造外圓弧。其他人造光環也可以通過類似方式創建。
視頻
參考資料
- ↑ “Mémoiresur les halos和lesphénomènesoptiques qui les accompagnent”,J. de l'ÉcoleRoyale Polytechnique 31(18),1-270,A. Bravais,1847
- ↑ “周長圓弧的頻率分析:上部大氣中冰晶板振蕩的證據,” J. Opt。 Soc。 上午。 69(8),1191-1122(1979)
- ↑ 人為的外圓弧和水平圓弧,M。Selmke和S. Selmke,《美國物理學雜誌》(Am。J. Phys。)Vol。 85(8),p.575-581
- ↑ Stokel-Walker,克里斯,。 “誰,什麼,為什麼:顛倒的彩虹有多普遍?BBC新聞在線6,2016-01-18
- ↑ OPOD-月球周長弧丹麥光學會atoptics.co.uk/大氣層/光學
- ↑ 吉爾伯特男孩的光實驗-(1920),p。 98,實驗編號94