大气奇妙的光现象

万道霞光


  日出前后和日落前后,天空的很大部分,特别是太阳附近的天空染上了颜色,当这部分天空有云朵时,云朵也染上了颜色,从地平线向上空,彩色的排序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,有时个别彩色可能不明显,但排序不变,这就是朝晚霞。日出前后的叫朝霞,日落前后的叫晚霞。

  霞是怎样形成的呢?实际上它和天空产生蔚蓝色的道理是一样的。都是由于空气分子的散射作用而造成的。只不过当日出和日落前后时,阳光通过厚厚的大气层,被大量的空气分子散射的结果。据计算,太阳在地平线上时所透过的大气层厚度为白天太阳当头时所透过的大气层的三十五倍。由于阳光被大量空气分子所散射,紫色和蓝色的光就减弱得最多,到达地平线上空时已所剩无几了。余下的只是波长较长的黄、橙、红色光了。这些光线经地平线上空的空气分子和尘埃、水汽等杂质散射以后,那里的天空看起来也就带上了绮丽的色彩。空中的尘埃、水汽等杂质愈多时,这种色彩愈显著。如果有云,云块也会染上橙红艳丽的颜色。

  另外,存在于大气中的水汽和灰尘是影响霞的样子的基本因素。大气中所含的水汽越多,霞的色彩越红。空气湿度的增加通常发生于坏天气的气旋逼近之前,因此当出现红色或橙色的鲜明的霞时,就可能预示着天气将变坏,当然也可能预示着降水的发生。

晚霞的图片晚霞的图片

绚 丽 华 盖


  天空中有一层透光薄云,云中的水滴大小均匀,若是由冰晶组成的云则要求冰晶尺寸均匀。月光或阳光透射云层过程中,受到均匀云滴(水滴或冰晶)的衍射,结果会在月亮或太阳周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环,称为华。因日光太亮,人们不易观察到日华,月华则比较常见。紧贴月盘的华又称华盖,通常华盖的紫色不太显著故内环呈青蓝色,其外呈黄色为主,最外呈红色。有时在华盖外隔一暗圈后还会出现一个甚至几个彩色排序与华盖相同,但亮度弱得多的同心光环,称为副华。

虹 和 霓


  历史上,曾经有人见过四条彩虹并列在空中奇景,那是1948年9月24日今晚6时左右,在苏联列宁格勒的尼瓦河上空出现的。当时天空中是一片乌云,后来从海面上突然吹来了一阵充满水滴的风,一瞬间乌云下出现了太阳,整个天空中马上横贯一条光彩夺目的虹。同时,在它的不远上方生成了色彩倒排的双虹,这虹是由日光在尼瓦河上反射而形成的。数分钟后,在主虹内侧直接相连处,生成了狭细的三虹,以后又出现了四虹,其宽度只有第一道虹的三分之一。彩色也大大减淡。最后两条虹最鲜艳部分是深红色带。四条虹在天空中的时间约15~20分钟之久。

  人们常见的是一条虹,偶而能见到两条虹并列悬挂在空中。含七种色光的太阳光线,射入大气中的水滴(雨滴或雾滴),各种色光经历折射和反 射后,可在雨幕或雾幕上形成彩色光弧环。当光弧环对观测者所张的角半径约42度, 光环的彩色排序是内紫外红时,称为虹。

  在虹的外面,有时还出现较虹弱的彩色光环,光环对观测者所张的角半径约为52 度,彩色环的排序与虹相反即内红外紫,称为霓或副虹。

日 月 晕 环


  天空中有一层高云,阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反射,便会在太阳或月亮周围产生彩色光环,光环彩色的排序是内红外紫。称这七色彩环为日晕或月晕,统称为晕。其中对观测者所张的角半径为22度的晕最为常见,称22度晕,偶尔也可看到角半径为46度的晕和其他形式的与晕相近的光弧。由于有卷层云存在才出现晕,而卷层云常处在离锋面雨区数百公里的地方,随着锋面的推进,雨区不久可能移来,因此晕就往往成为阴雨天气的先兆。

晕的图片 晕的图片

峨 嵋 宝 光

峨嵋宝光
  四川省峨嵋山,海拔3000米以上,山中森林茂密,流水淙淙, 水汽来源充沛,空气潮湿,常有云雾萦绕在群山中。国内、外有许多类似峨嵋山的常有云雾萦绕的山峰高岭。当清晨或傍晚,太阳位于地平线附近时,人若站在云雾萦绕的高山之巅,恰值山巅之上是晴空,山巅之下是云雾,你背对晴天的太阳,下看弥漫的云海迷雾,便可能突然看到云雾幕上出现人影,围绕在人影的四周是一圈圈彩色光环,有红色的也可有蓝色或别的颜色的弧环,这就是峨眉宝光。它是由于阳光照射观测者所形成的人影一直投射到云雾幕上,观测者便可看到自己的影子。阳光又照射到影子附近的云雾滴上,云雾滴对阳光产生散射、衍射等较复杂过程,便形成以太阳与观测者的连线的延长线为中心的一圈圈彩色光环。据记载,在峨嵋山上看到这种大气光象的机会甚多,每年约有七、八十次。

佛  光


  佛光这个词取自德文,原意为圣像周围的光环。佛光指粗糙表面上人的头影周围的亮光或当人的影子映落在覆盖有露珠的草地表面时他的头影周围的亮光。在这种情况下,你的头影四周没有彩色,只有一个白色晕圈。虽然产生佛光有两类自然作用过程,但景象看上去是一样的。一类过程必须有露水珠(产生的景象可称作露水佛光);另一类只要求一个粗糙表面(称作干燥佛光)。

1)露水佛光
佛光形成原理示意图  来自远处光源的射线能够进入眼睛,并且在视网膜上聚焦,如图A所示。倘若映到视网膜上的亮点,又成为第二光源而起作用,那么,从该亮点散射并折回的光线,就从眼睛前部通过,按照它进入的方向射出,对着远处的光源返回去。眼睛的作用不象镜子,一面镜子可以朝不同方向反射光线,这依镜面位置如何安放而定。说得更确切些,眼睛平常的性质,就是把光线往光源的地方回送,而不管眼睛的取向怎样。当然,回送并不是绝对的,返回的光线可以展宽一点点,但决不是很多。

  假如你在十米远的地方,用手电筒照射一只狗(或一只猫)的眼睛,只要你正好贴着头部握住电筒,就会看到狗(或猫)的眼睛发亮了;但若你把电筒从你头部往旁边稍稍挪动,哪怕只挪动半米左右,狗(猫)眼睛里的亮光就消逝了。人的眼睛在显现这一效应时,不象动物的眼睛那么强烈。可是效应总归是有的。

  在另一些地方也可以看到这样效应,象路标或者牌照,它们的表面有小串玻璃珠罩盖,各个玻璃珠子都能起到小眼球的作用,有选择地把光线送回到照亮它的卡车前灯的方向(如图B所示)。

  就露水佛光来说,象眼球或玻璃珠那样的作用,是通过草叶支撑着的露水珠产生的,露珠大致呈圆球状。露水的确没有象玻璃那样使得光线大大弯曲(玻璃的折射率较大);所以,水就把光线带到露水珠后面不远的某个对焦点,如图C所示。

  为了最有效地逆射阳光,应当让叶面位于水珠背面的后边,水珠背面向着对焦点。有几种草的叶面带有细微茸毛,确实支撑着水珠使它稍稍离开叶面,并把光强高得惊人的光线,往回送向明亮的光源。要想了解这样的光线,可朝着你的对日点观看,你的头影就标志着对日点,于是在头影附近有发自草叶的强烈亮光,但是在你朝着离开头影更远的地方注视时,可看到光强减弱了。正象宝光的情况那样,每个人只可能看到他本人身影周围的佛光晕圈。

2)干燥佛光
  有的时候,当你的头影映落在干草、稀疏树林、甚至翻犁过的田地上,也可以看到佛光景象,设想一下松散铺垫在广阔空地上的一批树叶,当阳光映照在这样的集合物上面时,接收到阳光的每一叶片,就把影子投放到它背后的另一些叶片上。若是你正好顺着入射阳光的路线观看,那你确实见不到什么影子,因为从那个方向,每一影子正好在它的叶子背后,当你从那个方向察看时,所能见到的每片叶面都是照亮了的。可是你只要稍微挪开视线朝一旁观察,就可以看到叶片投映出的一些影子了。“正好顺着入射阳光方向观看”,这句话的另一个说法就是:“朝着你的对日点方向观看”。结果固然是如同上面说的一样,对于你的头影周围的草皮或树叶来说,背景的光强要比更远处的大些。一旦你同模糊不清的背景协调一致(例如,你走动或者骑上自行车奔跑),你就会频繁地看见你的“圣光”。你还可以在自己乘坐的飞机影子周围看到这一景象,或者,要是你位于离地面以上很高的地方,以便在地上投映出身影(原因在于太阳的角直径),那么你就会看到地面上自己的对日点所在位置,有一个佛光的亮斑。

极 光


  太阳是一个庞大而炽热的气体球,在它的内部和表面进行着各种化学元素的核反应,产生了强大的带电微粒流,并从太阳发射出来,用极大的速度射向周围的空间。当这种带电微粒流射入地球外围那稀薄的高空大大气层时,就与稀薄气体的分子猛烈地冲击起来,于是产生了发光现象,这就是极光。