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南极幻日的光学原理

2018-03-08 14:16阅读:



2018年1月4日
如果你在南极点
会看到这样的太阳

南极幻日的光学原理
这是怎么形成的呢?
出现这种现象的关键在于
空气中存在着“冰晶”


如果空气湿润
小冰晶会“长大”形成雪花落下来
反之,冰晶则会悬浮在空气中
阳光照过去时
就会发生非常规律的光学作用


冰晶的形状
和太阳与冰晶及观察者之间的角度

会影响观察到的现象,比如


日晕(Sun Halo)
绕太阳一圈内红外紫的光环
叫日晕(Sun Halo)
最容易观察到的日晕
和太阳形成的视角是22度
因此也叫“22度晕



南极幻日的光学原理
阳光穿过直径小于20.5微米的
六角冰柱的侧面
经两次折射正好偏转22度左右。




南极幻日的光学原理
人的眼睛看到这些被折射后的光线
仍然以直接进入瞳孔的方向
来判断光源的位置
所以就会看到22度晕

南极幻日的光学原理
同理,还有46度晕

南极幻日的光学原理
发生的概率比22度晕低很多
光线从一个侧面进入冰晶
从底部折射出来形成


南极幻日的光学原理
它们的区别是冰晶与太阳光的角度不同

南极幻日的光学原理
幻日(Sun Dogs)
太阳两侧产生的两个太阳
的虚像称为“幻日(Sun Dogs)”


南极幻日的光学原理
它们是阳光经过盘状六角形冰晶的
两个侧面折射生成的
幻日内部边缘为红色
外部为蓝色
这是由于波长不同
折射角度不一样所致


南极幻日的光学原理
幻日环(Parhelic Circle)
与太阳等高,横穿太阳中心的圆弧
是幻日环(Parhelic Circle)

南极幻日的光学原理
大多数时候只能观测到一部分
但完整的幻日环可以圈起整个天空


南极幻日的光学原理
幻日环主要是由近似竖直的
冰晶侧面反射阳光生成的


南极幻日的光学原理


上切弧(Upper Tangent Arc)


22度晕的头上像是戴了一顶帽子
它与晕相切,称为“上切弧”


南极幻日的光学原理


彩晕轮(Parry Arc)


上切弧上又有另外一道晕叫“彩晕轮”
最早是在1820年
由William Edward Parry
在北极寻找西北航道的时候
发现并记载下来的
所以以他的名字命名


南极幻日的光学原理
上切弧、彩晕轮的形成原理
与22度晕类似
由冰晶的两个侧面折射生成
区别在于冰晶方向和入射阳光的夹角不同

南极幻日的光学原理
... The End ...

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