Kenttäopas · Ilmakehän optiikka

Valo kulkee epätavallista reittiä

Timanttipölyhalo-ilmiöistä korkeisiin rannikon kaukohäiriöihin optiset sääilmiöt kartoittavat kiderakenteita, pisarakokoja ja tiheysgradientteja, jotka piilevät näkölinjalla.

Mitä valokuva näyttää vs. kiderakenteen geometria

Kun laajakulmavalokuvassa näkyy kaksi kirkasta valoläikkää matalan talvisen auringon molemmin puolin, niitä yhdistää heikko rengas ja niiden yllä on käänteinen hymy puhtaita spektrivärejä, arkiset kuvatekstit kutsuvat sitä usein ”kolmeksi auringoksi”. Fyysisesti valonlähde on vain yksi. Cirrostratus-pilvissä tai napa-alueen timanttipölyssä leijuvat miljoonat kuusikulmaiset jääkiteet toimivat pieninä lasiprismoina.

Marcel Minnaertin klassisessa teoksessa Light and Color in the Outdoors ja nykyaikaisissa säteenseurantasimulaatioissa on kuvattu, että ylemmän troposfäärin jääkiteet kasvavat pääasiassa kahteen muotoon lämpötilasta ja ylikyllästyksestä riippuen: litteisiin kuusikulmaisiin levyihin ja pitkänomaisiin kuusikulmaisiin pylväisiin. Ilmanvastus asettaa suuremmat putoavat levyt vaakasuoraan kuin liehuvat lehdet (noin 100–500 mikrometrin kokoisina), kun taas alle 20 mikrometrin pienet kiteet pyörivät satunnaisesti Brownin liikkeen ja mikroturbulenssin vaikutuksesta.

  • 60° prismakiila (22° halo ja parheliat)

    Kuusikulmaisen kiteen yhden sivupinnan kautta tuleva ja vastakkaisen sivupinnan kautta poistuva valo kulkee tehokkaasti 60 asteen kiilan läpi. Jäässä (taitekerroin 1.31) keltaisen–punaisen valon vähimmäispoikkeama on 21.8 astetta. Satunnaiset suuntaukset piirtävät täyden renkaan; vaakasuorat levyt keskittävät valon auringon vasemmalle ja oikealle puolelle sivuauringoiksi (parheliat).

  • 90° suorat kulmapinnat (sirkumzenitaalikaari ja 46° kaaret)

    Vaakasuoran levyn yläpinnan kautta tulevat säteet ja pystysuoran sivupinnan kautta poistuvat säteet kulkevat 90 asteen prisman läpi ja tuottavat korkealla yläpuolella olevan sirkumzenitaalikaaren poikkeuksellisen puhtaat värit, kunhan auringon korkeuskulma pysyy alle 32.3 asteen.

Terävä 22 asteen jääkehä, jota kirkkaat parheliat reunustavat, ja yläpuolinen tangenttikaari huurteisen tasangon yllä
Kamera näyttää: symmetriset sivuauringot ja yläpuolinen tangenttikaari. Pelkän ulkonäön perusteella ei voi päätellä, ovatko kiteet 8 km korkeudessa cirrostratus-pilvessä vai 30 metrin päässä maanpinnan tasolla olevassa timanttipölyssä, ellei etualan puiden edessä näy kiteiden kimallusta.

Säteen kulku: 60° kuusikulmainen jäälevy

Incident Sunlight ~22° Deviation Hexagonal Basal View (n = 1.31)
Taittuminen ilman jäätä

Lämpöinversiot, kaukohäiriöt ja vihreä välähdys

Ilman tiheys pienenee lämpötilan noustessa, mikä muuttaa ilman taitekerrointa murto-osilla prosentista. Pitkillä horisonttia lähellä kulkevilla poluilla nuo pienet gradientit taivuttavat säteitä kymmenien kilometrien matkalla.

Auringon kuumentamalla asfaltilla syntyvässä alemmassa kaukohäiriössä säteet taipuvat ylöspäin, joten taivaan valo näkyy tiellä väreilevänä vetenä. Kun taas lämmin ilma valuu kylmän napameren tai keväisten Suurten järvien pinnan päälle, jyrkkä lämpöinversio taivuttaa säteitä alaspäin niin, että taittuma vastaa Maan kaarevuutta tai ylittää sen. Kun useat vuorottelevat lämpimät ja kylmät kerrokset kasautuvat pystysuunnassa, yksi laivan runko tai saaren kallio puristuu, kääntyy ja venyy vuorotellen Fata Morgana -ilmiöksi. Tämä selittää vuosisatojen ajan kartoilla esiintyneet kummitussaaret ja ”lentävät laivat” -valokuvat.

Auringonlaskun aikaan esteettömän meren horisontin yllä ilmakehän dispersio erottaa auringon vihreän/smaragdinvihreän yläreunan hieman punaista reunaa korkeammalle, kun taas Rayleigh-sironta poistaa violetit aallonpituudet. Kanavoiva inversio suurentaa tuota yläreunaa hetkellisesti yhdestä kahteen sekuntiin, jolloin syntyy selkeä vihreä välähdys.

Teleobjektiivilla otettu horisonttikuva, jossa kaukainen rahtilaiva on pystysuunnassa venytetty ja kasautunut rannikon ylemmän lämpöinversion vaikutuksesta
Ylempi kanavoitumiskaukohäiriö kylmän rannikkomeren yllä. Laiva lepää todellisuudessa meressä geometrisen horisontin takana; käänteiset ilmatiheyskerrokset luovat illuusion, että se leijuu ilmassa.
Kameran turvallisuusvaroitus Älä koskaan tarkastele laskevaa aurinkoa tai kirkkaita parhelioita suoraan suodattamattoman optisen DSLR-etsimen tai teleobjektiivin kautta. Käytä live-view-antureita neutraalitiheyssuodattimin ja peitä auringon kiekko tolpan tai katon taakse, kun kuvaat heikkoja halokaaria.

Taivaan optiikan diagnostinen vertailu

Käytä auringon sijaintia, katselusuuntaa ja kulmasädettä optisten valokuvien tarkkaan luokitteluun kentällä.

Ilmiö Vaadittu väliaine Katselusuunta Kulmasäde / auringon raja Keskeinen visuaalinen vihje
22° halo Satunnaisesti suuntautunut kuusikulmainen jää Kohti aurinkoa tai kuuta 22° säde; mikä tahansa auringon korkeus Renkaan sisällä tummempi taivas (Alexanderin varjovyöhykkeen kaltainen); punainen sisäreuna
Sirkumhorisontaalikaari Vaakasuoraan suuntautuneet jäälevyt Korkean auringon alapuolella 46° auringosta alaspäin; aurinko yli 57.8° korkealla Yhdensuuntainen horisontin kanssa; mahdoton korkeilla leveysasteilla talvella
Sirkumzenitaalikaari Vaakasuoraan suuntautuneet jäälevyt Korkealla yläpuolella kohti aurinkoa Lähellä zeniittiä; aurinko alle 32.3° korkealla Käänteinen sateenkaarihymy; punainen ulkoreuna auringon puolella
Auringon gloria Tasaiset nestemäiset pilvipisarat (10–25 µm) Vastaurinkopiste (aurinko havaitsijan takana) 1°–5° keskittyneet renkaat Aina keskitetty lentokoneen varjoon tai havaitsijan pään varjoon
Pilvihelmiäisyys Äskettäin tiivistyneet tasaiset pisarat Noin 15°–30° päässä auringosta Epäsäännölliset pastellisävyiset laikut Helmiäisraidat, jotka seuraavat linssi- tai pileus-pilvien ääriviivoja

Seuraavaksi: Ilmassa kirjoitetut muodot →