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晕和华-天空中的姊妹花

发布时间:2012-08-02

  2002年5月7日,北京上空出现一道瑰丽奇观:太阳离围出现了 一个色彩艳丽而又浑圃厚实的光环,令人叹为观止。这个光坏一直紧 紧地环绕着太阳,直到下午2时多才依依散去。许多市民都目睹了在 艳阳高照的天空发生的一次长达近3小时的日晕奇观。

  11时扣分前后,一个内部暗红外圏逐渐过渡到紫色呈缤纷色彩 的光环越加清晰起来,像一条色彩鲜艳的彩带一样一层层将太阳周了 起来,光环范围内的天空颜色明显暗于四周天空,在东部市区,目测这 个光钚直径约10佘千米,直径两端到地面形成60多度的夹角,彩色光 环与阳光相互辉映,甚是好看。13时之后,这个彩色光环的颜色开始 逐渐变浅,但仍是将太阳紧紧相拥,并无完全淡去之意;这样欲走还休 的状态一直持续到了 14时过,光环才彻底淡出人们的视线。

  出现在太阳周围的这道彩色光环,像彩虹,但没有彩虹鲜亮;虹的 色彩棑列是内紫外红,而光环剛好相反,是外紫内红。这就是“晕”,俗 称‘‘风囷’’。

  在晴朝的夜空,我们有时还能够看到月晕,即月亮周围的大光环朦 朦胧胧,似薄纱罩面。印晕的颜色比较鲜明,而月晕比较黯淡,有时呈 白色。

  有很多人不了解什么是晕,于是经常会问:“天空妒有个很大的光 环,会不会是飞碟?”晚上看到月晕,也觉得奇怪,为什么月亮上面长了 毛?

  到底什么是晕?它有哪些特征?它是怎样形成的呢?让我们一步 一步来探索。

  我国远在秦、汉时期,就已对晕进行广观测,这在《周礼》和《史记》 中都打。载。到了 7世纪就已对各种形式的日帑做了精确的观测和记 录,在《晋书丨天文志》中第一次将这一完整的呆圏命名为“晕”,这一术 语一直沿用至今。

  气光象

  口晕 月晕

  人们里然很早就注意到了太阳上的光环这种美丽的光象,但对它 的成因作出科学的解释,则是近一二再年的事。

  1666年,牛顿做1 一个很简单但对后来科学发展影响很大的实 验&他让一朿阳光透过三棱镜,结果出现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七 色彩条。这使人类第一次认识到,阳光原来是由七种不问颜色的光组 成的,当它们通过三棱镜时,由于波长、折射角不同,才显示了各自的本 色。这一发现,给“晕”的科学解释打下了基础。

  晕的成因与虹卜分类似,只不过虹是阳光通过雨滴形成的,而晕是 由于太阳光或爿光通过大气中悬浮的大冰晶对,光线发生折射和反射 等物理过程而产生的一种大气光象。如果说大雨滴构筑了美丽的彩 虹,那么,晕则是太阳或月亮照射冰晶的结果。

  高空有时会出现一种卷层云,这种云白色半透明,有时傕一层薄 纱,有时像一团闭乱丝,它们离地面很高,一般有七八下米左右,这么高 的高空,温度只有零下三四十摄氏度。所以构成卷层云的不是小水滴, 而是一些形状不同的冰晶。

  冰晶有很多不同的形状,最有代表性的形状是六角片状和六角柱 状的结晶。六角柱状的冰晶就像三棱镜一样,能把阳光分成七色彩条。 当无数小冰晶被阳光照射后,各色光按一定角度折射出来,便形成了绚 丽多彩的晕环。

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  日晕的颜色是由阳光在透过冰晶时产生的祈射效果形成的一红 色位于口晕的内侧边缘,蓝、紫色位于日晕的外侧边缘。颜色的排列顺 序与彩虹相周,但日晕的颜色界限没有彩虹那么分明,只能大概判断是 内红外紫。

  月晕也有颜色,但是晚上光线弱,加之眼睛在晚上对弱光的反应能 力差,无法区分颜色,因此我们通常看到的是白色的晕。人们之所以时 常能看到月晕而不常看到日晕,主要是太阳的光线非常强的缘故。在 晚上,我们也可以通过结霜的窗子看见点燃的灯笼周围冇这样的小光

  我们可以做一个试验3取一只装满水的六角形蜂蜜瓶子,把一边对 准月亮。这时你就可以看到,和冰凌一样,在瓶子内部的一面上出现月 光的全部反射。

  在秋高气爽的夜晚,当明月出现在空巾时,如果月盘前面漂浮着扁 球形的薄层遼光白云,在灼云的边上,往往会有一圏彩色光环出现,就 像在寒冷的太空月亮围上了一条花围巾。这条带状彩色花厨巾的颜色 排列与晕圏相反,内边缘紫色,但通常不太显著而虽现青蓝色,中间以 黄色为主,最外缘则呈现红色。这种紧靠月亮边缘的彩色光环称为华 或者华盖。如果华出现在太阳的周围就称为“0华”。9华出现的机会 虽然不比月华少,但因为太阳太明亮了,所以9华远不如月华那么6

  著,往往不易发现。它们和口晕或月晕就好像天空中的姊妹花,不过这 一对姊妹花,虽然都来均日月光线的作用,伹却有很多不同的地方。

  日华或月华大多出现在高积云里,这种云比晕出现的层积云耍低 得多,因此它们是由小水滴组成的。阳光射到小水滴匕发生的也不是丨 折射,而进衍射效应。所以,这一对姊妹花不仅长的不像,晕是内红外 I 紫,而华是内紫外红,而民它们的本质也不同。

  华的形成是由于小云滴对口光、月光产生衍射的结果。那么,什么 叫光的衍射现象?它的规律乂是什么呢?

  光波在传播过程中,遇到很小尺度的障碍物〔光波波长比障碍物尺 度大得多)吋,光波凡冇的绕过障碍物而形成明暗相间光环的本领,就 叫做光的衍射。衍射不仅使物体的几何阴影失去清晰的轮廓,在边缘 还会出现一系列明暗相间的亮纹。如果灯光照射到皮球上,那么,仵墙 壁匕可以凊晰地看到岡形球影。要是这个皮球缩小至针尖那么大吋, 骁上出现的就不是相应的球影,而足一圏圏明暗相间的光环,这就是衍 射。

  平时我们还是比较容易观察到光的矛汗射现象的。取一片鸡毛,对 着点亮的白炽灯的灯丝观察,就可以看到发光的灯丝周围呈现出彩色 图样,这就是光通过鸡毛的细小缝隙发生的衍射图样。将两支铅笔并 拢成一狭缝,通过狹缝观肴点亮的田光灯管或白炽灯的灯丝,也可以看 到彩色的单缝衍射花样。在夜同看远处的路灯,眼睛眯起来时,人的眼 睫毛也起到狭缝作用,灯光通过眼睫毛发生衍射,同样能观察到路灯周 围呈现的彩色衍射图样。

  有趣的是,光投射到小因孔上所产生的衍射花纹,与光投射到相同 大小的圓屏上所产生的花纹竞然完全相同,这就和月光照射到小云滴 时所发生的情况十分类似。

  如果在刀亮与人之问,存在由人小均匀的小云滴所组成的透光云 层吋,就冇可能形成美丽的彩色光环^华。这时月光透过云层,肀透 明的小云滴就像小圆屏那样产生光的衍射效应,于是以月亮为中心,在 其周围形成一圈圈明暗相间的光环。华盖就是由某个角半径处的小云 滴所形成的第一级衍射亮环,恰好投射到观测者眼帘的结果,副华是由

  ^顯 ‘

  觅大角半径处的小云滴所形成的衍射亮环。何是,并不是仟何云层上 都能出现华的,凡是过分稠密,厚度很大的云,都不能出现华。

  为什么“华”常出现在高积云边缘呢?这是因为在那里,华的大小、 清晰程度跟云的结构有关。云厚的时候,衍射光线不容易通过,华不容 易产生;云薄的吋候,人们容易看到华。如果云里水滴、冰品的大小比 较一致,华环就比较完整;如果水濟、冰晶大小不一致,华环也不规则, 冇的部分看不出来。

  在充满雾气的浴室里,观察白炽灯光,可以看出灯泡周围有彩环出 现,其中的原理与华的出现是相同的。