你提到的“幻日現(xiàn)象”確實(shí)是自然界中一種令人驚嘆的光學(xué)奇觀,它并非神話傳說,而是有明確的科學(xué)解釋。當(dāng)天空中出現(xiàn)“多日同輝”(通常是兩個(gè)明亮的“假太陽”對(duì)稱地出現(xiàn)在真太陽兩側(cè))的景象時(shí),其核心成因在于大氣中的冰晶對(duì)陽光的折射和反射。
以下是幻日現(xiàn)象(Sun Dogs 或 Parhelia)的詳細(xì)成因解析:
關(guān)鍵要素:高空卷云中的六邊形板狀冰晶
- 幻日現(xiàn)象通常發(fā)生在卷云或卷層云中。這些云位于地球大氣層的高處(通常5-8公里以上),溫度極低,云中的水滴直接凝結(jié)成微小的冰晶。
- 形成幻日最關(guān)鍵的是冰晶的形狀:扁平的六邊形板狀冰晶。想象一下微小的、扁平的、六邊形的雪花或冰片。
冰晶的特定取向:水平漂浮
- 這些板狀冰晶在空氣中下落時(shí),由于空氣阻力的作用,它們傾向于水平漂浮,即最大面積的平面(六邊形面)大致與地面平行。就像許多小盤子水平地飄在空中。
陽光的折射:創(chuàng)造光斑
- 當(dāng)太陽光(平行光)照射到這些水平漂浮的板狀冰晶上時(shí),會(huì)發(fā)生關(guān)鍵的光學(xué)現(xiàn)象:
- 側(cè)面入射,端面折射出射: 光線從冰晶的一個(gè)側(cè)面(六邊形的矩形面)射入,然后從冰晶的一個(gè)端面(六邊形的一個(gè)角相鄰的兩個(gè)面)折射出來。
- 特定的偏折角(22°): 冰晶作為六邊形棱柱,對(duì)光線產(chǎn)生了類似棱鏡的折射效應(yīng)。由于冰晶的六邊形結(jié)構(gòu)和水晶的特定折射率,光線經(jīng)過這種路徑(側(cè)面進(jìn),60°頂角的端面出)時(shí),會(huì)被精確地偏折大約22°。
幻日的形成位置
- 因?yàn)楸撬狡〉?,并且光線被偏折22°,所以只有當(dāng)觀察者看向與太陽同一水平高度,并且偏離太陽約22° 的方向時(shí),才能接收到大量被冰晶折射過來的光線。
- 由于冰晶是隨機(jī)分布的,在太陽左右兩側(cè)大約22°的水平方向上,都會(huì)聚集大量滿足這個(gè)折射角度的光線,從而形成兩個(gè)異常明亮的光斑,這就是我們看到的“假太陽”或“幻日”。它們通常位于以太陽為中心、與太陽同高的22°暈圈上(如果這個(gè)暈圈可見的話)。
幻日的顏色特征
- 和彩虹、日暈類似,冰晶對(duì)不同顏色(波長)的光折射率略有不同(色散效應(yīng))。因此,幻日靠近太陽的一側(cè)(內(nèi)側(cè))通常呈現(xiàn)紅色(紅光偏折角度最?。?,遠(yuǎn)離太陽的一側(cè)(外側(cè))逐漸過渡為黃色、綠色,甚至藍(lán)色。不過由于光強(qiáng)集中,顏色有時(shí)不如彩虹那么鮮艷和分明,常以亮白色為主,內(nèi)側(cè)帶紅黃色調(diào)。
其他相關(guān)現(xiàn)象
- 22°日暈: 幻日常常出現(xiàn)在22°日暈的左右兩側(cè)。22°日暈本身也是由六邊形柱狀冰晶(取向更隨機(jī))的折射形成的完整光環(huán)。
- 上/下切?。?/strong> 有時(shí)在22°暈圈的上方或下方還能看到明亮的弧形光斑,這通常是由取向不同的柱狀冰晶或錐狀冰晶形成的。
總結(jié)關(guān)鍵點(diǎn):
- 成因核心: 高空卷云/卷層云中的水平漂浮的六邊形板狀冰晶。
- 光學(xué)原理: 陽光在冰晶中發(fā)生特定路徑(側(cè)面進(jìn),60°頂角端面出)的折射。
- 偏折角度: 光線被偏折約22°。
- 出現(xiàn)位置: 在太陽左右兩側(cè)、同一水平高度、相距約22° 的天空中形成明亮光斑(幻日)。
- 顏色來源: 冰晶折射導(dǎo)致的色散,內(nèi)側(cè)偏紅,外側(cè)偏藍(lán)。
因此,“多日同輝”的幻日景象,是陽光、特定形狀和取向的冰晶、以及觀察者位置三者完美配合下產(chǎn)生的壯麗大氣光學(xué)現(xiàn)象。它不需要神力,只需要符合物理定律的大氣條件。下次看到時(shí),不妨仔細(xì)觀察它的位置、顏色以及與日暈的關(guān)系,就能理解這神奇天空畫作的“科學(xué)畫筆”是如何運(yùn)作的了。觀測時(shí)切記絕對(duì)不要用肉眼直視太陽,以免灼傷視網(wǎng)膜。