大氣光學裡的美景

文/露 |2022.07.18
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2022年6月台南出現的日暈。圖/覃嘉鳳

文/露

除了為人所熟知的虹與霓,陽光和空氣中的水珠或低溫的冰晶等,也會幻化成其他令人驚豔的美景喔!這些都是大氣光學的範疇,裡面更蘊含有趣的物理原理呢!我們來舉幾個例子吧!

水滴造虹 冰晶造暈



我們介紹過光的色散現象,而有一種稱為暈(Halo)的天象,也是這個原理的體現!彩虹是由水滴造成,而暈則是冰晶造成,是懸浮在大氣中的冰晶被日光(日暈)或月光(月暈)折射與反射而形成。日暈在今年(2022年)六月就出現在台南,引發一陣觀日潮呢!在高空中的卷層雲內,因為氣溫較低,存在著六角柱狀的冰晶,它主要是由水蒸氣凝結昇華產生,因此具有非常對稱的外型。在光線入射時,它的角色就像是我們做過的稜鏡實驗,能將不同波長的光色散而分離出來。

在太陽周圍等半徑的冰晶,因為折射角度相同,同種波長、同種顏色的光因而入射到人的眼睛,使我們見到內圈紅色、外圈紫色或白色的光環。比較常見的是我們觀察視線與入射光的夾角為22°的小暈,另一種較少見的則是夾角46°的大暈。

說到冰晶,「幻日」這種天象也是以它為介質的!當雲中存在有盤狀六角形冰晶,而被陽光穿透時,在與太陽等水平的位置上,還會因為色散而出現兩個太陽的虛像,在日出或日落時分較容易出現。

冰晶為介 幻日現身



由於六角冰晶的角度結構不同於形成彩虹的圓形水滴,幻日的形成條件比較複雜,除了光需要被水平面的冰晶折射外,光線之間亦會互相疊合影響,在約22°視角出現彩色光環。下次你可以試著觀察天空,說不定會有意想不到的發現!

眾多行星中,只有地球擁有這獨一無二的大氣層,我們也才能觀察到各種壯觀又繽紛的光學現象。最後要提醒小朋友!觀察天象時,請務必做好防護措施,保護雙眼,例如配戴防護眼鏡、或透過螢幕來觀察,避免刺眼的光線對眼睛的傷害喔!

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