Τι δείχνει η φωτογραφία σε σύγκριση με τη γεωμετρία των κρυστάλλων
Όταν μια φωτογραφία ευρείας γωνίας αποτυπώνει δύο λαμπρές φωτεινές κηλίδες εκατέρωθεν ενός χαμηλού χειμερινού ήλιου, συνδεδεμένες με έναν αχνό δακτύλιο και με ένα ανεστραμμένο χαμόγελο καθαρού φασματικού χρώματος από πάνω, οι συνηθισμένες λεζάντες τη χαρακτηρίζουν συχνά «τρεις ήλιοι». Φυσικά, υπάρχει μόνο μία πηγή φωτός. Εκατομμύρια παρασυρόμενοι εξαγωνικοί παγοκρύσταλλοι στο cirrostratus ή στη πολική διαμαντένια σκόνη λειτουργούν ως μικροσκοπικά γυάλινα πρίσματα.
Όπως τεκμηριώνεται στην κλασική πραγματεία του Marcel Minnaert Light and Color in the Outdoors και σε σύγχρονες προσομοιώσεις ιχνηλάτησης ακτίνων, οι παγοκρύσταλλοι στην ανώτερη τροπόσφαιρα αναπτύσσονται κυρίως σε δύο μορφές, ανάλογα με τη θερμοκρασία και την υπερκορεσμένη κατάσταση: επίπεδες εξαγωνικές πλάκες και επιμήκεις εξαγωνικές στήλες. Η αεροδυναμική αντίσταση προσανατολίζει οριζόντια τις μεγαλύτερες πίπτουσες πλάκες, σαν φύλλα που ανεμίζουν (περίπου 100 έως 500 μικρόμετρα σε διάμετρο), ενώ οι μικροί κρύσταλλοι κάτω από 20 μικρόμετρα κυλιούνται τυχαία λόγω της κίνησης Brown και της μικρο-τύρβης.
-
Πρίσμα 60° (άλω 22° και παρήλια)
Η ακτίνα που εισέρχεται από μία πλευρική έδρα ενός εξαγωνικού κρυστάλλου και εξέρχεται από μια εναλλακτική πλευρική έδρα διατρέχει μια ισοδύναμη σφήνα 60 μοιρών. Η ελάχιστη εκτροπή για το κίτρινο-κόκκινο φως στον πάγο (δείκτης διάθλασης 1.31) ισούται με 21.8 μοίρες. Οι τυχαίοι προσανατολισμοί σχηματίζουν πλήρη κύκλο· οι οριζόντιες πλάκες συγκεντρώνουν το φως αριστερά και δεξιά του ήλιου ως παρήλια.
-
Ορθές γωνίες 90° (περιζενιθιακό και τόξα 46°)
Οι ακτίνες που εισέρχονται από την επίπεδη άνω βασική έδρα μιας οριζόντιας πλάκας και εξέρχονται από μια κατακόρυφη πλευρική έδρα διατρέχουν πρίσμα 90 μοιρών, παράγοντας τα εξαιρετικά καθαρά χρώματα του περιζενιθιακού τόξου ψηλά στον ουρανό, εφόσον το ηλιακό ύψος παραμένει κάτω από 32.3 μοίρες.
Πορεία ακτίνας: εξαγωνική πλάκα πάγου 60°
Θερμικές αναστροφές, αντανακλάσεις και η πράσινη λάμψη
Η πυκνότητα του αέρα μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, μεταβάλλοντας τον δείκτη διάθλασης του αέρα κατά κλάσματα του ενός τοις εκατό. Σε μακριές διαδρομές κοντά στον ορίζοντα, αυτές οι μικροσκοπικές βαθμίδες κάμπτουν τις ακτίνες του φωτός σε δεκάδες χιλιόμετρα.
Σε μια κατώτερη αντανάκλαση πάνω από άσφαλτο καμένη από τον ήλιο, οι ακτίνες καμπυλώνουν προς τα πάνω, έτσι ώστε το φως του ουρανού να φαίνεται στον δρόμο σαν τρεμάμενο νερό. Αντίστροφα, όταν ο θερμός αέρας γλιστρά πάνω από παγωμένα πολικά νερά ή από τις επιφάνειες των Μεγάλων Λιμνών την άνοιξη, μια απότομη θερμική αναστροφή κάμπτει τις ακτίνες προς τα κάτω, ταιριάζοντας ή ξεπερνώντας την καμπυλότητα της Γης. Όταν πολλαπλοί εναλλασσόμενοι θερμοί και ψυχροί αγωγοί στοιβάζονται κατακόρυφα, το κύτος ενός πλοίου ή ένας βράχος νησιού συμπιέζεται, αναστρέφεται και τεντώνεται εναλλάξ σε μια Fata Morgana, εξηγώντας αιώνες χαρτών με φανταστικά νησιά και φωτογραφίες με «πλέοντα πλοία».
Κατά τη δύση του ηλίου πάνω από ανεμπόδιστο θαλάσσιο ορίζοντα, η ατμοσφαιρική διασπορά κάνει το πράσινο/σμαραγδί άνω χείλος του ηλίου να εμφανίζεται ελαφρώς ψηλότερα από το κόκκινο χείλος, ενώ η σκέδαση Rayleigh αφαιρεί τα ιώδη μήκη κύματος. Μια αγωγική αναστροφή μεγεθύνει στιγμιαία εκείνο το άνω χείλος για ένα έως δύο δευτερόλεπτα, σχηματίζοντας μια ευδιάκριτη πράσινη λάμψη.
Διαγνωστική σύγκριση οπτικών φαινομένων του ουρανού
Χρησιμοποιήστε τη θέση του ήλιου, την κατεύθυνση θέασης και τη γωνιακή ακτίνα για να ταξινομείτε με ακρίβεια τις οπτικές φωτογραφίες επιτόπου.
| Φαινόμενο | Απαιτούμενο μέσο | Κατεύθυνση θέασης | Γωνιακή ακτίνα / Ηλιακό όριο | Βασική οπτική ένδειξη |
|---|---|---|---|---|
| Άλως 22° | Τυχαία προσανατολισμένος εξαγωνικός πάγος | Προς τον ήλιο ή τη σελήνη | Ακτίνα 22°· σε οποιοδήποτε ηλιακό ύψος | Σκουρότερος ουρανός μέσα στον δακτύλιο (ζώνη σκιάς τύπου Alexander)· κόκκινο εσωτερικό άκρο |
| Περιοριζόντιο τόξο | Οριζόντια ευθυγραμμισμένες πάγινες πλάκες | Κάτω από τον ψηλό ήλιο | 46° κάτω από τον ήλιο· ήλιος > 57.8° ψηλά | Παράλληλο προς τον ορίζοντα· αδύνατο σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη τον χειμώνα |
| Περιζενιθιακό τόξο | Οριζόντια ευθυγραμμισμένες πάγινες πλάκες | Ψηλά πάνω από το κεφάλι, προς τον ήλιο | Κοντά στο ζενίθ· ήλιος < 32.3° ψηλά | Ανεστραμμένο χαμόγελο ουράνιου τόξου· κόκκινο εξωτερικό άκρο προς τον ήλιο |
| Ηλιακή δόξα | Ομοιόμορφες σταγόνες υγρών νεφών (10–25 µm) | Αντηλιακό σημείο (ο ήλιος πίσω από τον παρατηρητή) | Ομόκεντροι δακτύλιοι 1° έως 5° | Πάντα κεντραρισμένη στη σκιά του αεροσκάφους ή στη σκιά της κεφαλής του παρατηρητή |
| Ιριδισμός νεφών | Πρόσφατα συμπυκνωμένες ομοιόμορφες σταγόνες | Εντός ~15°–30° από τον ήλιο | Ακανόνιστες παστέλ κηλίδες | Ζώνες χρώματος μητέρας-μαργαριταριού που ακολουθούν τα περιγράμματα φακοειδών ή pileus νεφών |