每日熱聞!冰晶折射讓太陽“分身”有術

天上驚現“三個太陽”，其實是幻日現象

近期，北京、遼寧等地天空中，驚現“三個太陽”的幻日奇觀，引發網友們熱議，但大多數網友對其形成原因卻不甚了解。那么，這樣酷炫綺麗的天象是如何形成的？

(相關資料圖)

幻日出現時，在太陽的附近同一水平高度上，會出現一個或多個明亮的光斑，看起來如同太陽的“分身”一般。幻日的由來可追溯至希臘神話。相傳在希臘神話中，作為眾神之父和天空之神的宙斯常常在天空中遛狗，它們出現時太陽的附近就出現一個或多個“假太陽”。

形成幻日現象需要天空中存在卷層云。卷層云屬于高云族，云底高度在5000米以上，在這樣的高度上，大氣溫度低，因此，卷層云的云體結構全部由冰晶組成，通常呈半透明狀，使其仿佛是一層覆蓋在天上的薄紗，能夠讓天空變為乳白色。

在卷層云的云體中，漂浮著大量的六角形片狀冰晶體，這樣扁平的形狀能夠使它們水平地漂浮于空中，當這些六角形片狀冰晶體在豎直方向上整齊地排列在空中時，就能夠像三棱鏡一樣對太陽光進行規律的折射。

具體來說，太陽光從冰晶體的某一側面進入冰晶體，由于陽光在空氣和冰晶體中的傳播速度不同，其傳播方向會在空氣與冰晶體的交界處改變，發生第一次折射。同樣地，當陽光從冰晶體的另一側面射出進入空氣時，其傳播方向再一次改變，即發生第二次折射。

兩次折射使得射出冰晶體的太陽光，與原本的光路在水平方向上偏轉約22°，當大量被折射的光線聚集在一起進入到人眼后，就會讓人們以為在折射出來的太陽光的背后，存在著一個和太陽一樣的光源，但實際上這是太陽的“虛像”。因為觀測者與幻日所形成的視角半徑為22°，所以將這樣的幻日現象稱為22°幻日。

在中緯度地區，幻日一般出現在清晨或薄暮。這是因為當太陽靠近地平線時，太陽光的水平分量最大，即能夠垂直穿過冰晶體的太陽光最強，形成的幻日強度最強。隨著太陽的升起，太陽光傾斜角度增大，穿過冰晶體的太陽光則會減弱。當太陽高度角大于60°時，幻日就會變得非常微弱近乎消失。

從上述的形成原理可知，幻日的出現對氣象條件的要求較為苛刻，需要穩定的大氣層、適量的卷層云，以及合適的冰晶角度，并且還與觀測者相對于太陽的位置有關。因此，幻日現象較為罕見，并且持續時間也不會太長，最長不過幾十分鐘。而北半球寒冷的冬季早晨，是出現幻日的理想時間，使人們成為捕捉到幻日現象的“幸運兒”的幾率更高。

幻日的最終呈現效果，與冰晶體的大小和狀態密切相關。冰晶體下落時很少能夠保持完全水平，會發生搖晃和轉向，這將導致太陽光向各個方向折射，在這種情況下，光線難以聚集到一個點上，而是均勻地分散在太陽的周圍，從而就形成了出現在太陽周圍，以太陽為圓心呈內紅外紫的日暈。

古籍中存在不少對幻日現象的記載，比如《春秋·潛潭巴》中：“兩日并處，地裂水不流。”我們還可以猜測，在后羿射日的神話故事中，或許當時天上并非真的出現了十個太陽，而可能是古人對于幻日現象，作出的充滿神話色彩的理解與想象。

（來源：中科院之聲；作者單位：中國科學院大氣物理研究所）

標簽： 三個太陽 傳播方向