一、何为幻日
原来,这种现象被称为“幻日”,也叫“假日”。是太阳的一侧或两侧出现的大光点,高度与太阳齐平的现象。
幻日是常见天象的一种,在全国大部分地方,每年都能至少出现几十次。最近被人记录的一次在2023年1月25日,辽宁省铁岭市上空就出现了同时有五个太阳的奇观。每年,北方都有幻日现象被记录下来,可以说这种现象并不罕见。
在我国古代,幻日就已经被记载。除了最早的后羿射日的故事外,我国唐代成书的《晋书·天文志》里就有“珥”一词,说的就是幻日。此外,东汉王充在《论衡》也探讨了后羿射日的成因,并得出了其他的日不是真日的结论。
北欧神话里也有有关幻日的民间信仰传统,称幻日为“日狼”,认为日狼所追逐的太阳是一名瑞典女子,而她的出现意味着饥荒和死亡。可见,幻日被人类观察之久。而到了现代,人类也逐渐意识到,幻日只是一种和彩虹一样的正常天气现象。
那么,是什么造就了幻日,幻日又是如何出现的呢?
二、幻日原理简而言之,这是冰晶出现的晕现象。
幻日是冰晶折射光线产生的。大气冰晶的大部分形状是六边形,类似雪花。雪花其实就是一个有着六个枝杈的六边形冰晶。光通过六边形雪花,就会像筷子插进水里一样被折射。其中最常见的光路,是光射进冰晶,再从相间的晶体面射出。
《天文爱好者》一书就对其有着详细的解释:如果给六边形冰晶的六个边按顺序编号为1、2、3、4、5、6,则上述光路可以表示为1-3,或2-4,或3-5,都是一样的。
这个光路的折射,将使光偏转,其偏转角度最小也有约22°,这是晶体固有的折射率与光路所决定的。特定的光路在特定的晶体内,一定会偏转某个角度,对上述光路穿越大气冰晶而言,这个角度就是约22°。
光偏转了22°,对于人眼来说,可以看到距离光源本体22°的位置,有一个该光源的虚像。这有点像某些海市蜃楼的原理。因此,这时那个光源所形成的虚像就是幻日了。
然而,不同波长的光折射程度不同,蓝光的折射角大于红光,所以,幻日是里红外蓝的,靠近太阳的一边能看到红色,远离太阳的一边则呈现蓝色。就像彩虹的色散一样,几种颜色的波长从大到小排列依次是:红、橙、黄、绿、蓝、紫。
幻日的亮度则不仅与太阳的亮度有关,还与太阳的位置有关。当太阳的位置比较低时,幻日是最明亮的。并且,幻日只在太阳与地平线之间的角度小于40度时才可见。
此外,冰晶体只存在于高层云里,并且比云层还要薄,太阳才可以透光形成折射。但同时,有了折射还不够。当云彩在天空中的位置不对时,那么就只会出现一个幻日。
和彩虹相比,幻日是更罕见的,但它和彩虹发生的时间一样较为短暂。短则几分钟,最长也不超过二十分钟。一旦天空中的云发生移动,这种折射现象也就随之消失了。
卷层云形成的幻日
我们最常见的幻日是22度的,但要注意,世界上并不是只有22度的幻日,也有44度和66度的幻日,不过都较为罕见。44度幻日的形成条件需要光相继穿过两个冰晶,那就只能形成在太阳角度较低时,也就是日出和日落时,阳光几乎与冰晶平行才能形成。
44度幻日也可称为“幻日的幻日”,属于可遇不可求的特例。66度幻日则比44度幻日更加罕见,目前还没有被人拍摄过,只在1970年被记载并被学界公认了。
了解了幻日,那么你知道有的幻日外面的那个光圈是什么吗?
三、幻日环你看到的幻日,有的只是明显地多了几个太阳,而有的,外面则还有一个环状光圈,这个环状光圈就是“幻日环”,属于最罕见的常见冰晕。
现实中,幻日环是最符合“白虹贯日”的天象了。
幻日环范围巨大,在360度方向上均有分布。也因为这个原因,它的出现需要方圆千里内的大气冰晶条件都高度相似,来构成一个巨大的大范围大气冰晶环境,换句话说就是要有能覆盖整个天空的冰晶云。
此外,幻日环还有一个有趣的特点,就是太阳越高,环的范围越小,太阳越低,环的范围越大。简单地说,就是幻日环随太阳高度升高而缩小。这意味着,太阳升起和落下的一瞬,太阳高度为0度,幻日环最大,可以环绕整个地平线一周;而当太阳高达90度时,幻日环又变为最小,被太阳光芒覆盖到消失。
不过,目前世界上最高的幻日环纪录也只有85度。这可能是因为太阳太高时,幻日环就越小越接近太阳,不方便人观测到,并且更高的太阳也更难出现。《天文爱好者》一书里列举了如下的不同太阳高度角下,幻日环形态示意图,方便我们理解:
到目前为止,我国天文爱好者已拍摄到多种不同高度的幻日环的形态图,促进了我国天文观测领域的进步。
参考资料:
《天文爱好者》
《北欧神话:世界开端与尽头的想象》
《中国天文考古学》
《云彩收集者手册》
《空气为什么看不见》