这确实是大自然的神奇光学魔术!但它并非无法解释的神秘力量,而是由大气中的冰晶对阳光进行精确的折射和反射造成的科学现象,我们称之为“幻日”或“假日”。
科学原理揭秘:
关键元素 - 高空卷云中的冰晶:
- 这种现象通常发生在高空的卷云或卷层云中。这些云由微小的、形状规则的六边形柱状或片状冰晶组成。
- 这些冰晶就像无数个悬浮在空中的微小的水晶棱镜。
冰晶的“舞台” - 精确的排列:
- 要形成清晰明亮的幻日,冰晶需要相对水平地排列(它们的六边形面大致平行于地面)。这通常发生在空气相对稳定、冰晶缓慢下落的时候。
阳光的“表演” - 折射与反射:
- 当阳光以特定角度(通常是22度左右)照射到这些水平排列的六边形冰晶的侧面时,会发生折射(光线进入冰晶时弯曲)和内部反射(光线在冰晶内部反射),最后从另一个侧面射出。
- 这个折射和反射的过程将光线偏转了大约22度角。
幻日的“登场”:
- 正因为光线被偏转了22度,我们在太阳的左右两侧(有时也可能在22度晕环上)距离太阳约22度角的位置,会看到两个特别明亮的光点,这就是幻日。
- 它们看起来就像是太阳的“孪生兄弟”,颜色通常比太阳更鲜艳,内侧(靠近太阳的一侧)偏红,外侧偏蓝(因为不同颜色的光折射率不同)。
为什么会有“多个明亮光斑”?
- 22度幻日: 这是最常见的,在太阳左右两侧各一个。
- 46度幻日: 相对少见,出现在距离太阳约46度角的位置,光线路径更复杂,需要特定的冰晶形状和方向。
- 22度晕: 环绕太阳的一个半径为22度的巨大光环,有时很淡。幻日通常位于这个晕环上。
- 环天顶弧: 出现在太阳上方,像一个倒挂的彩虹拱门,非常明亮鲜艳。它是由水平排列的平板六角冰晶的顶面折射阳光形成的。
- 环地平弧: 出现在太阳下方地平线附近,像一个正放的彩虹拱门(但通常只有部分可见),相对罕见,需要太阳位置较高。
- 日柱: 太阳上方或下方(有时上下都有)垂直延伸的光柱,由接近水平排列的片状冰晶或垂直排列的柱状冰晶反射阳光形成。
当大气条件极其理想时——高空中存在大量形状规则、排列方向合适的冰晶——这些现象可能同时出现!这就是为什么你会看到“多个明亮光斑伴随太阳”,它们共同构成了一幅壮观而复杂的大气光学奇观,仿佛太阳在天空中开了一场盛大的“灯光秀”。
总结:
- 不是魔术,是科学: 这是大气光学现象,原理清晰(冰晶折射反射阳光)。
- 核心要素: 高空卷云/卷层云中的六边形冰晶,且需要相对水平排列。
- “多个光斑”的组成: 最常见的是22度幻日(左右各一),还可能伴随22度晕、46度幻日、环天顶弧、环地平弧、日柱等。
- 罕见原因: 需要非常特定的冰晶形状、排列方向、云层分布和太阳高度角等条件同时满足,才能形成清晰、明亮、完整的多重现象。
所以,下次再看到这种景象,你可以惊叹于大自然的鬼斧神工,但同时也知道,这背后是精妙的光学原理在起作用。它就像天空为我们上演的一场免费的、壮丽的物理实验秀!中国古代典籍《淮南子》中就有“尧时十日并出”的记载,很可能就是描述了这种罕见的幻日群现象。