论文部分内容阅读
最近，一段可以看到3个太阳同时出现在空中的视频刷爆了朋友圈。这段视频拍于2016年1月14日下午2点30分，地点是辽宁省营口市。在我国古代的神话传说中就描写过天空出现10个太阳的情形，因为实在太热了，于是后羿用神箭射落了其中的9个，只留下了1个太阳来照耀大地。现在出现3个太阳，难道说当年后羿偷懒了？
幻日出现的条件在于高空中半透明薄云里面，有飘浮在空中的冰晶体，有时会整齐地垂直排列在空中。当太阳光射在这些冰晶体上时就发生了非常规律的折射现象。像雪花一样，这些冰晶形状为六角形，有一个很美的名字叫做“钻石尘”，根据其厚度不同可分为两种：薄片或柱体。当冰晶很小的时候，直径只有十几微米，它们在空中做无规律的布朗运动，十分混乱自由，不会发生方向统一的排列。但如果长到一定体积，就出现上下六角形底面呈水平而六个侧面呈垂直的取向，这是气动力学使然。由于透明的晶体仿佛一个个棱镜，挡在太阳与我们眼睛之间，它们会带来一系列美妙的光学效果。
冰晶的相邻侧面之间成120°角，而侧面和底面之间成90°角，所以穿过冰晶只经过折射的光线将可能发生两种偏折：如果从一个侧面进，另一个侧面出，与原先的前进方向相比，曲折的角度等于或大于22°；如果从侧面进底面出，或者进出次序相反，曲折的角度就将等于或大于46°。事实上，光线在冰晶内传播的路线比上述复杂，除了折射，它还会在各个面上发生反射，有时多达三四次。
晴天里，如气候较寒冷，大量晶莹剔透、细小杂乱的“钻石尘”悬浮于空中，就会出现22°晕，即太阳周围有一圈明亮的光环，环以内天空的颜色比较黯淡，而环以外则比较明亮，这是因为许多光线都被曲折至超过22°所致。而46°晕的形成比较困难，结合动力学与光学的一项分析表明，它只能在冰晶是六角形柱体，并且直径约15～25微米范围内这样苛刻的条件下得到，薄片冰、直径不在此范围的柱状冰以及长得太快的柱状冰都无法胜任。因此，在一年之中全世界各地能见到22°晕几百次，而46°晕只有寥寥几次。其他如90°晕、120°晕各有其形成原因，但出现机会更是微乎其微。像马格德堡人那样能看见3条明亮的光环，大概是好几个角度的晕同时现身的奇观，实在是幸运无比了。
小知识：其他罕见天文现象
绿光
因儒勒·凡尔纳写的小说《绿光》而被世人追捧，是一种非常罕见的天文现象，常在日落时发生。太阳光是由7种光波不同的单色光组成，像地球一样组成曲面的大气层，仿佛是一个一段向上的气体透镜，当太阳穿过时，这层大气使白色光折射而发生色散。当太阳靠近地平线时，阳光几乎呈水平方向穿过大气层，这种折射引起的色散最明显，夕阳落下时，红光最先落下地平线下，随后消失的是橙光和黄光，尽管此时地平线上还留有绿、青、蓝、紫四色，但青、蓝、紫光波波长较短，在大气层尘埃的强烈散射作用下，变得很弱，人的肉眼几乎看不到，只有比较强的绿光能到达人的肉眼，所以看到的阳光是绿色的。“绿光”现象一般只延续一两秒钟。但是在特殊情形下，这个延续时间可以显著地加长。譬如说，有人曾看到过5分钟以上的“绿光”。太阳并不是唯一能够发“绿光”的天体，有人发现金星在落下时也会发出“绿光”。
日承
又称日载或环地平弧，由于出现概率非常低，迄今较少被拍摄到。日承号称为所有晕像中最美丽者，其颜色顺序自上而下分别为：红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝、蓝紫色。日承现象的形成原理与环天顶弧相似，均为太阳光照射高层大气中冰晶折射所产生。不同的是，日承现象的入射光从冰晶的上面进入，因此折射出来的颜色顺序与环天顶弧相反。日承必须在太阳距离地平线至少58°时才会出现，但在中纬度地区，太阳仅在六月和七月初才能到达这一高度，且仅限于日中前后数小时内。由于形成条件非常苛刻，且十分罕见，所以人们拍摄的机会十分难得。
幻日出现的条件在于高空中半透明薄云里面，有飘浮在空中的冰晶体，有时会整齐地垂直排列在空中。当太阳光射在这些冰晶体上时就发生了非常规律的折射现象。像雪花一样，这些冰晶形状为六角形，有一个很美的名字叫做“钻石尘”，根据其厚度不同可分为两种：薄片或柱体。当冰晶很小的时候，直径只有十几微米，它们在空中做无规律的布朗运动，十分混乱自由，不会发生方向统一的排列。但如果长到一定体积，就出现上下六角形底面呈水平而六个侧面呈垂直的取向，这是气动力学使然。由于透明的晶体仿佛一个个棱镜，挡在太阳与我们眼睛之间，它们会带来一系列美妙的光学效果。
冰晶的相邻侧面之间成120°角，而侧面和底面之间成90°角，所以穿过冰晶只经过折射的光线将可能发生两种偏折：如果从一个侧面进，另一个侧面出，与原先的前进方向相比，曲折的角度等于或大于22°；如果从侧面进底面出，或者进出次序相反，曲折的角度就将等于或大于46°。事实上，光线在冰晶内传播的路线比上述复杂，除了折射，它还会在各个面上发生反射，有时多达三四次。
晴天里，如气候较寒冷，大量晶莹剔透、细小杂乱的“钻石尘”悬浮于空中，就会出现22°晕，即太阳周围有一圈明亮的光环，环以内天空的颜色比较黯淡，而环以外则比较明亮，这是因为许多光线都被曲折至超过22°所致。而46°晕的形成比较困难，结合动力学与光学的一项分析表明，它只能在冰晶是六角形柱体，并且直径约15～25微米范围内这样苛刻的条件下得到，薄片冰、直径不在此范围的柱状冰以及长得太快的柱状冰都无法胜任。因此，在一年之中全世界各地能见到22°晕几百次，而46°晕只有寥寥几次。其他如90°晕、120°晕各有其形成原因，但出现机会更是微乎其微。像马格德堡人那样能看见3条明亮的光环，大概是好几个角度的晕同时现身的奇观，实在是幸运无比了。
小知识：其他罕见天文现象
绿光
因儒勒·凡尔纳写的小说《绿光》而被世人追捧，是一种非常罕见的天文现象，常在日落时发生。太阳光是由7种光波不同的单色光组成，像地球一样组成曲面的大气层，仿佛是一个一段向上的气体透镜，当太阳穿过时，这层大气使白色光折射而发生色散。当太阳靠近地平线时，阳光几乎呈水平方向穿过大气层，这种折射引起的色散最明显，夕阳落下时，红光最先落下地平线下，随后消失的是橙光和黄光，尽管此时地平线上还留有绿、青、蓝、紫四色，但青、蓝、紫光波波长较短，在大气层尘埃的强烈散射作用下，变得很弱，人的肉眼几乎看不到，只有比较强的绿光能到达人的肉眼，所以看到的阳光是绿色的。“绿光”现象一般只延续一两秒钟。但是在特殊情形下，这个延续时间可以显著地加长。譬如说，有人曾看到过5分钟以上的“绿光”。太阳并不是唯一能够发“绿光”的天体，有人发现金星在落下时也会发出“绿光”。
日承
又称日载或环地平弧，由于出现概率非常低，迄今较少被拍摄到。日承号称为所有晕像中最美丽者，其颜色顺序自上而下分别为：红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝、蓝紫色。日承现象的形成原理与环天顶弧相似，均为太阳光照射高层大气中冰晶折射所产生。不同的是，日承现象的入射光从冰晶的上面进入，因此折射出来的颜色顺序与环天顶弧相反。日承必须在太阳距离地平线至少58°时才会出现，但在中纬度地区，太阳仅在六月和七月初才能到达这一高度，且仅限于日中前后数小时内。由于形成条件非常苛刻，且十分罕见，所以人们拍摄的机会十分难得。