神奇的大氣光學現象——光暈

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諺語說：「日暈三更雨，月暈午時風。」光暈現象誰沒見過？可是，你知道光暈可以細分成幾十種類型嗎？有些可能一輩子都無緣得見！

神奇的大氣光學現象——光暈

編譯：邱煜欣

校對：馬明陽王克義

別的不說，先上定義（彷彿一頭扎進教科書里）

光暈現象：由懸浮在大氣中的冰晶（卷狀雲、「鑽石沙」等）折射或反射光線而產生的一組環形、弧形、柱形或亮點形式的光學現象。

「鑽石沙」（diamond dust，又稱棱冰）是由微小的冰晶體組成的地面雲層。這種氣象現象也稱為冰晶，在METAR（航空例行天氣報告）代碼中記為IC（ice crystals）。「鑽石沙」通常在清澈或接近晴朗的天空下形成，因此有時稱為晴空降水。「鑽石沙」在南極和北極地區最常見，但也可以在溫度遠低於冰點的任何地方發生。在地球的極地地區，這種現象可能會持續數天而不中斷。

由日光折射形成的光暈類型可以顯示出彩色，而反射光暈為白色。在夜晚，肉眼很難感知顏色; 因此，月暈大多呈現白色。

22°暈

22°暈（過去稱為小暈圈，在民間，22°暈被認為是風暴來臨前的徵兆之一）是最常見的光暈現象。小光暈表現為一個半徑22°的白色或近乎白色的發光環，光源（太陽或月亮）位於其中心。它內部的毛邊呈現紅色，在一些罕見的情況下，外部毛邊呈現紫色。光環內的天空比其他地方的天空明顯更暗。無論在天空中的位置如何，光環的半徑始終為22°。根據卷狀雲量的不同，有時只能看到整個圓的一部分。想知道如何快速且準確地驗證光環的半徑嗎？辨識妙招：伸直手臂並且展開手指，從拇指到小指指尖的角度近似為20°，用拇指尖遮住太陽，你就會在小指尖附近發現22°的光環啦！

22° 日暈

Credit : Frank Le Blancq

46°暈

有時可觀察到的46°暈（過去稱為大暈圈）是一個半徑為46°的圓形暈圈。這個光環比22°光環出現的幾率要小得多，並且總是沒那麼亮。46°光暈很容易與上側弧相混淆。「上側弧」是什麼鬼？別急，請往下看。

46° 日暈（圖中外部的大圓圈）

Credit : Claudia Hinz

46° 月暈

Credit:Gladson Machado

發光柱（光柱）

沿光源（如太陽或月亮）豎直向上或向下，可以觀察到白色的發光柱，其光線呈現間斷或連續狀態，也稱為光柱。偶爾會在地面光源的上方觀察到光柱，在極少數情況下，可能會看到明亮行星上方或下方延伸出的小光柱，如金星。當太陽是光源時，這種現象被稱為日柱。光源上方的光柱是上光柱，反之，在光源下方是下光柱。在有冰雲、凍霧或「鑽石沙」等冰晶的情況下，從山上或飛機上觀看下光柱是最好不過了。

日柱

Credit:Frank Le Blancq

夜間燈柱

Credit:Eric Van Lochem

切線弧

「切線弧」是幾種與其他光暈相切形成的發光弧的通用術語。我們有時會在22°暈圈或46°暈圈的外側看到切線弧，這些弧在其最低點或最高點（分別為上切弧和下切弧）觸及圓形暈環。這些弧線的形狀隨光源（太陽或月亮）的高度角變化而變化。它們往往很短，甚至可能只是一個亮點。當光源恰好在地平線上方時，上切弧呈現為窄V形。當太陽或月亮在天空中升高時，上切弧的V形向外張開形成類似於大鳥自然伸展翅膀的形狀，那可真是有落霞與孤鶩齊飛的感覺了。

對於22°暈圈，當太陽或月亮位於地平線上22°以內時，下切弧通常低於地平線，所以它只能從高處看到，例如在山上（有「鑽石沙」的情況下）或者從飛機里（在更深的捲雲中）。如果能夠看到，則下切弧的倒V字形隨著光源高度的增加而先變窄然後變寬。

當太陽或月亮上升達到地平線以上32°時，上下切線弧連接形成所謂的外接暈圈。這個大致呈橢圓形的光環位於22°暈圈之外，並且觸及最高點和最低點。有時，只有較亮的上部和下部能夠實際觀測到。當太陽或月亮上升到高於50°時，外接暈圈逐漸變成圓形。在更高的高度上，它則與22°暈圈合併，因此很難將它們區分開。但是，外接暈圈通常較亮，顏色更純，並且最內層為紅色。

上切弧

Credit:Alfons Puertas

環天頂弧

環天頂弧（過去稱為上部環天頂弧）是近天頂、色彩鮮艷的半圈，其頂點在太陽上方約48°。它有明亮的顏色，下部即外弧呈現紅色，上部即內弧呈現紫色。只有當光源（例如太陽）的高度角小於32°時才會發生此光弧。在這一太陽高度角時，它的半徑最小。隨著太陽高度角的減小，弧會穩定地放大。如果光源的高度角約為22°時還能看到環天頂弧，它就能接觸到46°暈圈。如果有幻日的話，特別是太陽高度角在15°和25°之間時，出現環天頂弧的概率會很大，因為幻日和環天頂弧都是由水平方向的板狀冰晶折射而產生的。

環天頂弧

Credit:George Anderson

環天頂弧（圖中最上方）

Credit:Joseph Thiebes

環地平弧

環地平弧（過去稱為下部環天頂弧）是一種接近地平線，並平行於地平線延伸的圓弧。環地平弧與環天頂弧一樣明亮而多彩。僅當光源的高度角大於58°時才會發生環地平弧。當太陽達到約68°的高度角時，環地平弧達到其最大強度。在緯度55°以上的國家和地區，由於太陽高度角總是低於58°，因此無法看到環地平弧。所以，這是地球上並非處處可見的少數幾種光暈之一。當光源的高度角約為68°時，如果可見，環地平弧會接觸46°暈圈的下部。

環地平弧

Credit:Paula de Diaz

幻日環

這是一條與太陽高度相同的白色水平線（準確的說是一個大圓圈，但通常只能觀察到它的一段）。在幻日環的某些點可能出現亮斑。這些亮斑最常出現在22°暈圈的外側一點。有時候，在以太陽為基準、方位角為120°的地方可以看到遠幻日，而與太陽位置相對的反假日就很少出現了。當幻日、遠幻日或者反假日特別亮時，它們通常被統稱為幻日。這些專有名詞可能會把你繞得暈頭轉向，所以我們只要記住它們都是幻日就行啦。一個小插曲：英語里也稱幻日為sun dog（太陽狗），大概是因為幻日總是出現在真正的太陽附近確定的位置,又比真正的太陽要小,彷彿是太陽帶領的幾隻忠實規矩的狗,因而得名的吧？

南極上空的幻日環（圖中為橫向弧線）

Credit:John Bortniak

同樣的，月亮產生的相應現象稱為幻月環、幻月、遠幻月和反假月。當幻月、遠幻月或反假月特別亮時，它們被統稱為幻月。

幻月環（圖中為橫向弧線）

Credit:Bob King

映日

映日（subsun 或undersun）是由雲層中板狀冰晶反射陽光產生的。它出現在太陽的垂直下方，形成一個明亮的白色斑點，如同平靜的水面上的太陽倒影。只有在向下看時才能看到映日，所以只能從飛機（在卷層雲中）或者在冬季的山中（有「鑽石沙」的情況下）觀察到。

飛機上拍攝的映日

Credit:George Anderson

上側弧

這是一個彩虹色的大圓弧，僅當光源高度角低於32°時才形成。它看起來像是大圓的一個片段，並且總是高於幻日環的高度。上側弧很可能被誤認為是46°暈圈，但可以通過上側弧更亮、色彩更艷麗的外觀來區分。就像所有彩色光暈一樣，弧線的紅色側面朝向太陽，其藍色部分遠離太陽。與46°暈圈不同，上側弧的形狀隨著光源的高度變化而變化。上側弧的頂點靠近或接觸環天頂弧。上側弧很容易與46°暈圈混淆，可得擦亮眼睛仔細辨別。

從上到下依次為：環天頂弧，上側弧，彩暈弧（帕利弧），上切弧和22°暈圈

Credit: Joseph Thiebes

外側暈弧（或下側切線弧）

這是一對罕見的彩色暈弧，它類似於白色圓環下的彩虹，正好在46°暈圈的外面並與之相切，且始終位於幻日環下方。其形狀隨著光源的高度變化而變化。隨著太陽高度的增加，外側暈弧與46°暈圈的接觸點沿著46°暈圈向下移動，之後形成共同的弧線。在太陽高度角為68°時，該弧線與46°暈圈的接觸點在太陽的垂直下方。當太陽升得更高時，弧的頂點位於46°暈圈以下幾度。一個外側暈弧的亮度和色彩甚至可以媲美環天頂弧。

在圖中幻日環下方、46°暈圈外側（左下角和右下角，形成一對）的外側暈弧

其他光暈現象

在極少數情況下可以看到許多其他光暈現象。其中包括：彩暈弧（帕利弧）、反日弧（漫射反日弧、魏格納弧、黑斯廷斯弧、特理克爾弧）、帶狀弧（或46°帕利弧）、偕日弧、下日弧、莫伊拉恩弧、金字塔形冰晶暈（例如，具有9°、18°、20°、23°、24°、35°半徑的暈圈）以及同樣多種的切線弧、橢圓暈等。

複雜多變的光暈現象

（圖片來自網路，由「天文機器貓2代」發布）