Hva fotografiet viser kontra krystallgeometri
Når et vidvinkelbilde fanger to skarpe lysflekker ved siden av en lav vintersol, forbundet med en svak ring og toppet av et omvendt smil av ren spektralfarge, kaller ofte bildetekster det «tre soler». Fysisk finnes bare én lyskilde. Millioner av drivende sekskantede iskrystaller i cirrostratus eller polart diamantstøv fungerer som miniatyrprismer av glass.
Som dokumentert i Marcel Minnaerts klassiske verk Light and Color in the Outdoors og moderne strålesporingssimuleringer, vokser iskrystaller i øvre troposfære hovedsakelig til to vanetyper avhengig av temperatur og overmetning: flate sekskantede plater og langstrakte sekskantede søyler. Aerodynamisk motstand får større fallende plater til å ligge horisontalt, som flagrende løv (omtrent 100 til 500 mikrometer på tvers), mens små krystaller under 20 mikrometer tumler tilfeldig på grunn av Brownsk bevegelse og mikroturbulens.
-
60° prismekile (22° halo og parheliier)
Lys som går inn gjennom én sideflate på en sekskantet krystall og ut gjennom en annen sideflate, passerer en effektiv 60-graders kile. Minimumsavbøyning for gul-rødt lys i is (brytningsindeks 1,31) er 21,8 grader. Tilfeldige orienteringer gir en full sirkel; horisontale plater samler lys til venstre og høyre for solen som bisoler (parheliier).
-
90° rette vinkelflater (sirkumzenitalbue og 46°-buer)
Stråler som går inn gjennom den flate toppflaten (basalflaten) på en horisontal plate og ut gjennom en vertikal sideflate, passerer et 90-graders prisme, og gir de bemerkelsesverdig rene fargene i den sirkumzenitale buen høyt over hodet, forutsatt at solhøyden holder seg under 32,3 grader.
Strålegang: 60° sekskantet iskrystallplate
Termiske inversjoner, luftspeilinger og det grønne glimtet
Lufttettheten synker når temperaturen stiger, og endrer lufts brytningsindeks med brøkdeler av en prosent. Over lange, nesten horisontale baner nær horisonten bøyer de små gradientene lysstrålene over titalls kilometer.
I en nedre luftspeiling over solvarmet asfalt bøyes stråler oppover, slik at himmellys ser ut til å skimre på veien som vann. Når varm luft derimot glir over iskald polarsjø eller de store innsjøene i Nord-Amerika om våren, bøyer en bratt termisk inversjon strålene nedover, i samme grad som eller mer enn jordens krumning. Når flere vekslende varme og kalde kanaler stables vertikalt, blir et enkelt skipsskrog eller en øykyst vekselvis komprimert, snudd og strukket til en Fata Morgana, noe som forklarer århundrers kart over spøkelsesøyer og «flytende skip»-fotografier.
Ved solnedgang over en uhindret marin horisont skiller atmosfærisk dispersjon solens grønne/smaragdgrønne øvre kant litt høyere enn den røde kanten, mens Rayleigh-spredning fjerner fiolette bølgelengder. En kanalisering av inversjonen forstørrer øyeblikkelig den øvre kanten i ett til to sekunder til et tydelig grønt glimt.
Diagnostisk sammenligning av himmeloptikk
Bruk solposisjon, siktretning og vinkelradius for å klassifisere optiske fotografier nøyaktig i felt.
| Fenomen | Nødvendig medium | Siktretning | Vinkelradius / solgrense | Viktig visuelt kjennetegn |
|---|---|---|---|---|
| 22° halo | Tilfeldig orienterte sekskantede iskrystaller | Mot solen eller månen | 22° radius; enhver solhøyde | Mørkere himmel innenfor ringen (Alexanders skyggesone); rød indre kant |
| Sirkumhorisontal bue | Horisontalt orienterte iskrystallplater | Under høy sol | 46° under solen; sol > 57,8° høy | Parallell med horisonten; umulig på høye breddegrader om vinteren |
| Sirkumzenitalbue | Horisontalt orienterte iskrystallplater | Høyt over hodet mot solen | Nær zenit; sol < 32,3° høy | Omvendt regnbuesmil; rød ytre kant vendt mot solen |
| Solglorie | Jevne flytende skydråper (10–25 µm) | Antisolpunktet (solen bak observatøren) | 1° til 5° konsentriske ringer | Alltid sentrert på flyets skygge eller observatørens hodeskygge |
| Skyiridescens | Nylig kondenserte jevne dråper | Innenfor ~15°–30° av solen | Uregelmessige pastellflekker | Perlemorbånd som følger konturene til linseskyer eller pileus-skyer |