Циркумзенитальная дуга
Околозенитная дуга , также называемая околозенитной дугой ( CZA ), перевернутая радуга и дуга Браве . [1] оптическое явление, похожее по внешнему виду на радугу , но принадлежащее к семейству ореолов , возникающее в результате преломления солнечного света через кристаллы льда , обычно в перистых или перисто-слоистых облаках, а не в каплях дождя. Дуга расположена на значительном расстоянии (приблизительно 46°) над наблюдаемым Солнцем и образует самое большее четверть круга с центром в зените . Ее назвали «улыбкой в небе», и ее первое впечатление было похоже на перевернутую радугу. CZA — один из самых ярких и красочных представителей семейства гало . Ее цвета, от фиолетового сверху до красного внизу, чище, чем у радуги, поскольку при их формировании гораздо меньше перекрытия.
Распределение интенсивности вдоль околозенитной дуги требует учета нескольких эффектов: амплитуд отражения и пропускания Френеля, атмосферного затухания , хроматической дисперсии (т. е. ширины дуги), азимутальной угловой дисперсии (группировки лучей) и геометрических ограничений. [2] [3] Фактически, CZA ярче всего, когда Солнце наблюдается под углом около 20 °.
Вопреки общественному мнению, CZA не является редким явлением, но его обычно упускают из виду, поскольку оно происходит до сих пор над головой. На него стоит обратить внимание, когда видны солнечные собаки , так как за ЦЗА ответственны те же кристаллы льда, которые их вызывают. [4]
Формирование
[ редактировать ]CZA вызывается кристаллами льда, которые образуют пластинчатые шестиугольные призмы в горизонтальной ориентации. Свет, образующий CZA, входит в кристалл льда через его плоскую верхнюю грань и выходит через боковую грань призмы. Преломление почти параллельного солнечного света через призму с углом 90 градусов обеспечивает широкое разделение цветов и чистоту цвета. CZA может образоваться только тогда, когда Солнце находится на высоте ниже 32,2 °. [5] CZA ярче всего, когда солнце находится под углом 22 ° над горизонтом, что заставляет солнечный свет проникать в кристаллы и выходить из них под минимальным углом отклонения; тогда его радиус также составляет около 22°, а ширина - 1,5°. [6] Радиус CZA колеблется от 32,2° до 0° и становится меньше с увеличением высоты Солнца. Лучше всего это наблюдается при высоте Солнца около 15—25°; к любой крайности он исчезающе слаб. Когда Солнце наблюдается выше 32,2°, свет вместо этого выходит из кристаллов через нижнюю грань, образуя почти бесцветный паргелический круг .
Поскольку это явление также требует, чтобы кристаллы льда имели общую ориентацию, оно происходит только при отсутствии турбулентности и когда нет значительного восходящего или нисходящего потока . [7]
Лунная околозенитная дуга
[ редактировать ]Как и все гало, CZA может быть вызван светом Луны, а также Солнца: первое называется лунной околозенитной дугой . [8] Его возникновение встречается реже, чем солнечный CZA, поскольку для него требуется, чтобы Луна была достаточно яркой, что обычно происходит только в период полнолуния .
Искусственная околозенитная дуга
[ редактировать ]Эксперимент с жидким стеклом (известный как минимум с 1920 г.) [9] ср. изображение справа [10] [11] ) можно использовать для создания искусственной околозенитной дуги. Освещение верхней границы раздела воздух-вода почти полностью заполненного водой цилиндрического стакана под небольшим углом приведет к преломлению света в воду. Стакан должен располагаться на краю стола. Второе преломление на боковой грани цилиндра представляет собой преломление косых лучей. Общая рефракция оказывается эквивалентной рефракции через вертикальный шестиугольный пластинчатый кристалл с учетом вращательного усреднения. На полу появится красочная искусственная околозенитная дуга. [3] и другие искусственные ореолы Аналогичными способами можно создать .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Мемуары о гало и сопровождающих их оптических явлениях», J. de l'École Royale Polytechnique 31 (18), 1-270, А. Брале, 1847 г.
- ^ «Частотный анализ околозенитной дуги: доказательства колебаний ледяных кристаллических плит в верхних слоях атмосферы», J. Opt. Соц. Являюсь. 69 (8), 1119–1122 (1979)
- ^ Jump up to: а б с «Искусственные околозенитные и окологоризонтальные дуги», М. Селмке и С. Селмке, Американский журнал физики (Am. J. Phys.), Vol. 85(8), стр.575-581 ссылка
- ^ «Окружная зенитная дуга» . www.atoptics.co.uk .
- ^ «CZA – Влияние высоты Солнца» . www.atoptics.co.uk .
- ^ «Ледяные ореолы: физика околозенитной дуги» . iapetus.jb.man.ac.uk .
- ^ Стокел-Уокер, Крис (18 января 2016 г.). «Кто, что, почему: насколько распространены перевернутые радуги?» . Новости BBC онлайн . Проверено 18 января 2016 г.
- ^ «ОПОД — Лунная околозенитная дуга» . www.atoptics.co.uk .
- ^ Jump up to: а б Световые эксперименты Гилберта для мальчиков - (1920), с. на эксперимент №94 98, ссылка
- ^ Практическое образование Том. 1, Мария Эджворт и Ричард Ловелл Эджворт 1798, Лондон, стр. 55-56 ссылка (ошибочно идентифицированная как радуга): «С-, маленький мальчик девяти лет, стоял без какой-либо книги в руке и свободно бездельничал. он развлекался, глядя на то, что он называл радугой на полу: [...] Солнце ярко светило в окно [...] Наконец он обнаружил это, когда вытащил стакан с водой; место, где оно стояло, его радуга исчезла [...] сразу заметил, что это вода и стекло вместе образовали радугу [...]».
- ^ Леонардо да Винчи, Анатомические рисунки в Виндзоре, лист 118r, ссылка около 1508 г.
- Дэвид К. Линч и Уильям Ливингстон. Цвет и свет в природе. 2-е изд., печать 2004 г.
- Лес Коули. «Окружная зенитная дуга» . Атмосферная оптика . Проверено 23 апреля 2007 г.
- Лес Коули. «CZA – Влияние высоты Солнца» . Атмосферная оптика . Проверено 23 апреля 2007 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Оптика атмосферы - О ЦЗА
- Оптика атмосферы — Галерея околозенитной дуги
- Околозенитная дуга над Римом, Италия.
- Таймлапс-видео слабой околозенитной дуги
- Физика околозенитной дуги
- Околозенитная дуга над Фриско, Техас | 1-23-11 | Проект «Облака 365» — 2-й год
- Эксперт по оптике атмосферы Spaceweather.com Лес Коули создал диаграмму, на которой обозначены гало.
- Изображения искусственных околозенитных, окологоризонтальных и солнечных пещер Парри.
- Итальянская авиационная метеорологическая служба