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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。
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