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环天顶弧（英语：circumzenithal arc或circumzenith arc，缩写：CZA）又称圆弧或称布拉维弧（Bravais' arc），是一种在外观上类似彩虹的光学现象；但它的形成是太阳光从水平方向通过冰晶（一般位于卷云内）后折射而形成，而非雨滴。
概述
环天顶弧也称为圆弧 （ CZA ）， 上下颠倒的彩虹和Bravais弧 [1]是一种光学现象，在外观上与彩虹相似，但属于由阳光折射产生的光环家族冰晶 ，通常在卷云或卷云中 ，而不是来自雨滴。弧线位于观测到的太阳上方相当大的距离（约46°）处，最多形成以天顶为中心的四分之一圆。 它被称为“天空中的微笑”，它的第一印像是倒置的彩虹。 CZA是光环家族中最明亮，最丰富多彩的成员之一。 它的颜色从顶部的紫色到底部的红色不等，比彩虹的颜色更纯正，因为它们的重叠很少。
排列顺序与彩虹相反
环天顶弧形成于和太阳同一侧的天空，并且以不超过四分之一圆周的长度环绕天顶。它的最内侧颜色是蓝色，最外侧则是红色，排列顺序与彩虹相反。环天顶弧是其中一个最明亮和最多种颜色的晕。它的颜色比彩虹单纯，这是因为在形成过程中重叠的颜色较少。而它给人的第一印象就是上下颠倒的彩虹。
被称为天空的微笑
环天顶弧曾经被称为“天空的微笑”。因为它的形成位置相当高，很少被人注意到，但实际上它是相对较常见的大气光学现象。产生幻日的卷云也可以在天顶附近产生环天顶弧，通常发生于太阳在天空角度较低时。
太阳20°-22°观察时最亮
沿周向圆弧的强度分布需要考虑以下几种影响：菲涅耳的反射和透射幅度，大气衰减，色散（即圆弧的宽度），方位角色散（射线束）和几何约束。[2] [3] 实际上，当在大约20°观察到太阳时，CZA最亮。
与公众意识相反，CZA并不是一种罕见的现象，但是由于它发生在头顶上，所以它经常被忽略。 值得一提的是，当太阳狗可见时，要提防它，因为引起太阳狗的相同类型的冰晶（水平方向的板状六边形棱镜）是造成CZA的原因。
有单色的幻日环
形成环天顶弧的太阳光会从冰晶的平坦顶面进入，从其中一个棱镜面射出。几乎平行的太阳光经过角度90°的棱镜折射后将是宽色分离和较单纯的颜色。环天顶弧只能在太阳的仰角低于32.2°时形成。当太阳的仰角在22°时的环天顶弧最明亮，因为这时的太阳光进入和离开冰晶时的偏向角最小；这时形成的环天顶弧长度22°，宽度3°。环天顶弧的长度因为太阳仰角的不同而在32.2°和0°之间变化，并且在这两个极值的环天顶弧亮度会非常微弱。当太阳的仰角高于32.2°，光线会从冰晶的底部离开，会形成几乎只有单色的幻日环。
编队
形成CZA的光通过其平坦的顶面进入冰晶，并通过侧面的棱镜面出射。 通过基本上是90度棱镜的几乎平行的太阳光折射，可以实现较宽的分色和色彩纯度。 只有当太阳的高度低于32.2°时，才能形成CZA。当太阳位于地平线上方22°时，CZA最亮，这导致太阳光以最小偏角进入和离开晶体。 那么它的半径大约是22°，宽度大约是3°。 CZA半径根据太阳高度在32.2°和0°之间变化。 在这两种极端情况下，它都将逐渐消失。 在高于32.2°处观察到太阳时，光线会通过底面从晶体中射出，从而形成几乎无色的伞状圆 。
由于该现像还要求冰晶具有相同的方向，因此仅在没有湍流且没有明显的上下气流的情况下才会发生。 [4]
月圆弧
与所有光晕一样，CZA可能是由月亮和太阳的光引起的：前者被称为月圆弧。[5]它的出现比太阳的种类少，因为它需要月亮足够明亮，这通常仅在满月附近发生。
人造外接圆弧
可以使用水玻璃实验（至少自1920年以来为人所知，[6]来创建人造的外接弧。 照亮（完全倾斜）几乎充满水的圆柱形玻璃的顶部空气-水界面会将光线折射到水中。玻璃应该放在桌子的边缘。 这样，圆柱体侧面的第二次折射就是倾斜射线折射。 当考虑旋转平均时，总折射证明等于通过直立六边形平板晶体的折射。 然后，将在地板上投影出彩色的人造外圆弧。其他人造光环也可以通过类似方式创建。
视频
参考资料
- ↑ “Mémoiresur les halos和lesphénomènesoptiques qui les accompagnent”，J. de l'ÉcoleRoyale Polytechnique 31（18），1-270，A. Bravais，1847
- ↑ “周长圆弧的频率分析：上部大气中冰晶板振荡的证据，” J. Opt。 Soc。 上午。 69（8），1191-1122（1979）
- ↑ 人为的外圆弧和水平圆弧，M。Selmke和S. Selmke，《美国物理学杂志》（Am。J. Phys。）Vol。 85（8），p.575-581
- ↑ Stokel-Walker，克里斯，。 “谁，什么，为什么：颠倒的彩虹有多普遍？BBC新闻在线6，2016-01-18
- ↑ OPOD-月球周长弧丹麦光学会atoptics.co.uk/大气层/光学
- ↑ 吉尔伯特男孩的光实验-（1920），p。 98，实验编号94