Циркумзенитальная дуга - Circumzenithal arc

Циркумзенитальная дуга в Салеме, Массачусетс, 27 октября 2012 г. Также видны супралатеральная дуга, Арка парирования (верхняя солнечная пещера), и верхняя касательная дуга.

В околозенитная дуга, также называемый циркумзенитная дуга (CZA), перевернутая радуга, а Арка Браве,[1] это оптическое явление, внешне похожее на радуга, но принадлежащий семье нимбы вытекающие из преломление солнечного света через кристаллы льда, как правило, в циррус или же перисто-слоистый облака, а не капли дождя. Дуга расположена на значительном расстоянии (примерно 46 °) над наблюдаемой солнце и образует не более четверти круга с центром зенит. Его называют «улыбкой в ​​небе», первое впечатление от него - перевернутая радуга. CZA - один из самых ярких и ярких участников гало семья. Его цвета, от фиолетового вверху до красного внизу, чище, чем у радуги, потому что в их формировании гораздо меньше совпадений.

Распределение интенсивности вдоль околозенитной дуги требует учета нескольких эффектов: амплитуды отражения и пропускания Френеля, атмосферного затухания, хроматической дисперсии (т. Е. Ширины дуги), азимутальной угловой дисперсии (группирование лучей) и геометрических ограничений.[2][3] Фактически, CZA является самым ярким, когда Солнце наблюдается под углом около 20 °.

Вопреки общественному мнению, CZA - не редкое явление, но его часто не замечают, поскольку до сих пор оно происходит наверху. На это стоит обратить внимание, когда Солнечные собаки видны, так как кристаллы льда того же типа, которые вызывают их (пластинчатые шестиугольные призмы в горизонтальной ориентации), ответственны за CZA.[4]

Формирование

Свет, образующий CZA, входит в кристалл льда через его плоскую верхнюю грань и выходит через боковую поверхность призмы. Преломление почти параллельного солнечного света через призму под углом 90 градусов объясняет широкое цветовое разделение и чистоту цвета. CZA может образоваться только тогда, когда солнце находится на высоте ниже 32,2 °.[5] CZA является самым ярким, когда солнце находится на 22 ° над горизонтом, что заставляет солнечный свет входить и выходить из кристаллов с минимальным углом отклонения; тогда он также составляет около 22 ° в радиусе и 3 ° в ширину. Радиус CZA варьируется от 32,2 ° до 0 ° в зависимости от высоты Солнца. К любому из крайностей он исчезающе слаб. Когда Солнце наблюдается выше 32,2 °, свет выходит из кристаллов через нижнюю грань, что способствует почти бесцветному паргелический круг.

Поскольку для этого явления также требуется, чтобы кристаллы льда имели общую ориентацию, оно возникает только при отсутствии турбулентность и когда нет значительного восходящий или нисходящий поток.[6]

Лунная околозенитная дуга

Как и все ореолы, CZA может быть вызван светом как от Луны, так и от Солнца: первое упоминается как околозенитная дуга Луны.[7] Оно встречается реже, чем солнечное, поскольку требует, чтобы Луна была достаточно яркой, что обычно бывает только в районе полнолуние.

Искусственная циркумзенитальная дуга

Аналогичный эксперимент по демонстрации рефракции для циркумзенитальной дуги.[3] Здесь это ошибочно обозначено как искусственная радуга в книге Гилбертса.[8]

Эксперимент с жидким стеклом (известен как минимум с 1920 г.,[8] ср. изображение справа или даже длиннее[9]) может использоваться для создания искусственной околозенитной дуги. Освещение (под малым углом) верхней границы раздела воздух-вода почти полностью заполненного водой цилиндрического стакана будет преломлять свет в воду. Стакан должен располагаться на краю стола. Второе преломление на боковой грани цилиндра - это рефракция косых лучей. Общее преломление оказывается эквивалентным преломлению через вертикальный гексагональный пластинчатый кристалл, если принять во внимание вращательное усреднение. После этого на полу будет проецироваться красочная искусственная циркумзенитальная дуга.[3] Другой искусственные ореолы могут быть созданы аналогичными способами.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Mémoire sur les halos et les phénomènes optiques qui les compagnent", J. de l 'École Royale Polytechnique 31 (18), 1-270, A. Bravais, 1847
  2. ^ «Частотный анализ околозенитной дуги: свидетельство колебаний ледяных кристаллических пластин в верхних слоях атмосферы», J. Opt. Soc. Являюсь. 69 (8), 1119–1122 (1979)
  3. ^ а б c «Искусственные циркумзенитальные и окологоризонтальные дуги», М. Селмке и С. Селмке, Американский журнал физики (Am. J. Phys.) Vol. 85 (8), с.575-581 связь
  4. ^ «Циркумзенитальная дуга». www.atoptics.co.uk.
  5. ^ «CZA - Эффект солнечной высоты». www.atoptics.co.uk.
  6. ^ Стокель-Уокер, Крис (18 января 2016 г.). «Кто, что, почему. Насколько распространены перевернутые радуги?». BBC News Online. Получено 18 января 2016.
  7. ^ «ОПОД - Лунная циркумзенитальная дуга». www.atoptics.co.uk.
  8. ^ а б Световые эксперименты Гилберта для мальчиков - (1920), стр. 98, опыт № 94 связь
  9. ^ Практическое образование Vol. 1, Мария Эджворт и Ричард Ловелл Эджворт 1798, Лондон, стр. 55-56. связь, (ошибочно идентифицировано как радуга): «S-, маленький мальчик девяти лет, стоял без книги в руке и свободно бездельничал; он забавлялся, глядя на то, что он называл радугой на полу: [ ...] Солнце ярко светило в окно; [...] Наконец он обнаружил, что, когда он сдвинул стакан с водой с того места, где он стоял, его радуга исчезла. [...] немедленно заметил: что именно вода и стекло вместе создали радугу. [...] "

внешняя ссылка