本篇为大家介绍一些

与天空、云层、大气有关的光学现象

寒夜/暖夜灯柱、日柱

郭沫若用《天上的街市》描写星空：

远远的街灯明了，好像闪着无数的明星

天上的明星现了，好像点着无数的街灯

我想那缥缈的空中，定然有美丽的街市

街市上陈列的一些物品

定然是世上没有的珍奇……

其实，比起星空

这首诗更让人联想到一种寒夜里的自然现象

寒夜灯柱

新疆禾木零下20℃的冬夜，寒夜灯柱熠熠生辉

在严寒的环境中

空气中分布着许多微小的冰晶、钻石尘

犹如许多小镜子飘在空中

它们会反射地面上的灯光

而且自身不断摆动、旋转

灯光的虚像被分散得宽且长

有点类似泛着波澜的湖水

将反射的灯光、月光、阳光拉长成一条光柱

因此寒夜中会形成灯柱似的景观

称为寒夜灯柱

灯柱的颜色取决于光源本身的颜色

霓虹灯、车灯、路灯、广告牌等光源皆可

所以大城市中如果出现寒夜灯柱

更为绚丽多彩

这些光柱拔地而起、直冲天际

景象壮观美丽

如果规模庞大

甚至可能在天空中勾勒出街道的轮廓

所以在天象爱好者的圈子中

最顶级的灯柱现象叫做“画地图级”

能够凭借天上的灯柱投影辨识地面建筑

拔地而起的寒夜灯柱直指星辰

寒夜灯柱在我国高纬度地区较为常见

如北疆的禾木，内蒙古的锡林浩特、根河

黑龙江的哈尔滨、漠河、黑河等地

但这也并非是北方独有

在纬度较低的高原地区也有可能出现

另外更有原理相似的暖夜灯柱

出现在温暖地区的高空

不过形成的条件十分苛刻

是当高空的云层温度在

-3℃~0℃或‐22℃~‐10℃这两个区间

而且大气稳定并具有一定湿度

水汽凝结成数量较多的大型冰晶

由于地面、海面温度高

不像北方冬季低空遍布钻石尘

暖夜灯柱并不接天连地

而是短小地呈现在高空

但别有一番灵动梦幻之姿

在海南、福建沿海较容易得见

光源多为海上作业、光线强烈的渔船照明灯

福建霞浦县四礵列岛的暖夜灯柱

此外，还有一种“纯天然”的光柱现象

那就是日柱

是寒冷地区日出日落时

阳光受空气中的冰晶朝上下方向反射所形成

日柱

22°晕、幻日、组合冰晕

前文所提到的冰晶

是悬在空中、不断旋转的多棱镜

折射、反射光线

除了寒夜灯柱

还能产生缤纷多姿的光学现象

譬如日晕、月晕、幻日

统称冰晕

土耳其凡城的月晕，是月光受冰晶折射所形成

空气中的冰晶并不只出现在寒冬

不论什么季节

高云族的云，如卷云、卷层云、卷积云

多由冰晶组成

因此只要你经常抬头看天空

其实不难看到日晕、月晕

有时候光的折射恰到好处

就会形成围绕日、月的大圆环，称作22°晕

如果冰晶的旋转令光线汇集至一处

形成的不是圆环，而是亮斑

那就是幻日或幻月

冰晶折射的阳光，令空中仿佛出现了3个太阳，称作幻日

虽然高空的冰晶云很常见

但是部分冰晕极为罕见

而且美得让人惊叹

当空气中同时存在多种不同的冰晶：

雪花状的片晶

六棱柱状的柱晶

六棱锥状的锥晶

它们就可能会将光线折射出复杂的光路

进而形成多重组合冰晕

可能是拥有同心圆的多重日晕

也可能是日晕、幻日、各种弧光同时出现

组合冰晕

2018年2月18日

内蒙古海拉尔同时出现了十几种冰晕

虹、光晕、亮斑、光弧交织空中

极为罕见和震撼

这种现象有着一个特别中二的名称：

万华镜旋之空

2018年2月18日，内蒙古海拉尔的“万华镜旋之空”局部 摄影／高飞 图自《中国国家地理》2018年07月

环地平弧、环天顶弧

环地平弧看上去像一条横着的直线彩虹

但它的出现不靠水汽，全靠冰晶

所以它其实也属于冰晕的一种

出现在冰晶丰富的高云族中

——薄薄的卷云、卷层云、卷积云

当太阳照射云层的角度高于地平线58°时

云中的冰晶就会将光线折射出光谱

在中纬度地区

太阳只有6、7月才能达到此高度而且时间短暂

所以在我国一般夏季才能看到

当它在临界角度出现时

通常宽大、明亮、鲜艳

环地平弧

另外还有一种相似的现象

形如倒挂的彩虹

那就是环天顶弧

和太阳出现在同一侧

以最多四分之一圆周的长度环绕天空

是当阳光与高云族中的冰晶平坦顶面接近平行

阳光从云的顶部射入

从底部折射出来而形成

只有在太阳角度小于地平线32°时可能出现

如果太阳角度太高，则可能形成单色的幻日环

环天顶弧

天空在朝你微笑哦

彩虹、霓

彩虹美丽而常见

背对阳光，朝降雨方向看

太阳高度不高于地平线42°

阳光受空气中较大的水滴折射而形成

当空中形成高度较低的淡积云（对流云）

有较大机会能看见彩虹

因为它们更有可能在阳光明媚时产生降雨

彩虹

常见的彩虹只有一道

叫做主虹

有时主虹外侧会有一道副虹

又叫做“霓”

这是因为有时候阳光在水滴内部

可能发生一次或多次反射

如果产生了两次反射

就会产生一道霓

色彩顺序与虹相反，是外紫内红

内部的是虹，外部的是霓

宝光、云虹

宝光又称佛光

形成原理是强烈的阳光照在云雾表面

经过云滴的反射、折射、衍射形成

通常在高山或高空才能看到

因为需要太阳位于你的身后

当我们在山上看到宝光的时候

影子往往会被投射到云雾中

与宝光恰好重叠

看上去就是影子围绕着彩色的光环

黄山上看到的宝光

云海翻腾、雾气缭绕的高山容易得见宝光

中国许多名山如峨眉山、黄山、庐山都很常见

另外如果乘坐飞机航行在云雾之上

如果阳光合适，从机舱窗户就能看见

使用无人机穿云而上也常能拍到宝光

另外宝光也经常与云虹一起出现

云虹形成的原理类似彩虹

区别是由微小的水滴反射和折射所致

仅呈现白色

峨眉山的云虹与宝光

从空中往下看云，容易见到佛光

霞

阳光照射在云或大气中的悬浮颗粒上

如尘埃、冰晶、水滴

发生折射、散射、吸收

其中波长较短的蓝紫光比起波长较长的红光

更容易散射出去

因此天空呈现蓝色

而当日出日落时分

太阳在接近地平线处

到达我们面前要在大气中走相对更长的路途

过程中蓝光大量散射出去

而波长较长的红光不容易被散射

到达我们面前，照耀了云彩

就形成了橘红色的朝霞或晚霞

云霞

根据太阳和霞出现的相对位置

可分为反射霞和透射霞

反射霞即太阳对面受照射的霞

投射霞则是和阳光在同一侧

穿透、染红大气或薄云的霞光

当日出日落时分出现大量火红的云霞

就是我们所说的火烧云

火烧云

华、虹彩云

当阳光或月光穿透薄云时

光线在云中的液滴或冰晶里发生衍射

形成围绕着日、月的一圈虹彩色圆盘

其中心还有一个明亮的“光轮”

这就是日华或月华

日华

月华

还有一种与华相似的现象是虹彩云

是当阳光或月光穿过薄云时

衍射出彩带般的色泽，明暗相间

如果层积云、高积云、卷积云、高层云够薄

就有机会出现这种现象

另外位于平流层、极高的贝母云

容易出现强烈的虹彩色

如果云朵较厚，遮挡住了阳光

则可以留意云的边缘

边缘较薄的部分仍有可能出现虹彩色

虹彩云

曙暮光

当太阳刚落下或即将升起

天色深沉却没黑透的时候

如果你所在的地方天气够好、视野开阔

就请欣赏绝美的曙暮光

精确地说，是太阳在地平线下6°至18°之间时

昼夜即将交替的时段

由于这个稍纵即逝的时间瑰丽、绚烂、梦幻

深蓝色的天穹与地平线之间

呈现金色、红色、粉色的光泽

深受摄影师喜爱

称作Blue Hour、Magic Hour

曙暮光出现的短短十几分钟，令一切都变得梦幻起来

曙暮光可不只是美，它有许多实用之处：

当太阳落到地平线下0°~6°之间时

也就是严格意义上的黎明与黄昏时段

此时天空仍然明亮，能够户外作业

就是民用曙暮光

当太阳位于地平线下6°~12°

航海用的六分仪刚好可以同时观测到

水天交界线以及天上的恒星

从而测出自身所在的经纬度

这个黄金时段的光线就是航海曙暮光

而在天文观测中

为了得到精确的观测数据

需要拍摄多张记录光线变化的照片

经处理获得亮度均匀的天文影像

这段时间的光线就是天文曙暮光

航海曙暮光

如果大气中的微小颗粒没有形成云

但是又能散射太阳光的话

此时受到遮挡的阳光

还可能会形成一道道手电筒似的光

这就是曙暮光条

曙暮光条

极光

当太阳风来到地球磁场

带电粒子流沿着磁场集中到地球南北两极

和大气层中的原子、分子碰撞

释放能力发出的光芒，就是极光

极光多出现在距地面90～150公里的高空

每年秋分到翌年春分之间是看极光的好时节

如果遇上太阳黑子高峰年

极光将更为璀璨强烈

极光多出现在北极圈或南极圈

绿色的极光最为常见

但其实还有着红、黄、粉、蓝、紫色的极光

部分难得一见

极光的颜色取决于

大气中原子和分子的分布状况、大气的密度、

原子和分子本身的特性（如氮、氧）

以及带电粒子流的强度

紫色与绿色的极光交叠

黄道光

低纬度和中纬度地区

如果暗空条件足够好

太阳彻底落下后

西部地平线会冒出一道隐隐约约、火舌状的光

呈微弱的银白色

接近黎明但曙光尚未来临之前

在东部地平线也会出现

这就是黄道光

黄道即从地球上观测太阳在一年中走过的路径

黄道上分布着不少星际尘埃

对太阳光的散射形成黄道光

黄道光

无形的光，遍布世界

光千变万化，是大自然的魔法师

光却又朴实无华，照耀着我们每个人

正如莎翁所写下的：

太阳照着他的宫殿

也不曾避过我们的草屋

阳光是一视同仁的

（原标题《光，怪陆离的世界》）