Feltguide · Atmosfærisk optikk

Lys tar en uvanlig vei

Fra diamantstøv-haloer til høye kystluftspeilinger viser optiske værfenomener krystallvanene, dråpestørrelsene og tetthetsgradientene som er skjult langs siktelinjen.

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.

Skarp 22-graders iskrystallhalo flankert av lyse parheliier og en øvre tangentbue over en frostdekket slette
Hva kameraet viser: symmetriske bisoler og en øvre tangentbue. Hva som ikke kan utledes fra utseendet alene: om krystallene ligger 8 km oppe i cirrostratus eller 30 meter unna i bakkenivå-diamantstøv, med mindre krystallglitter vises foran trær i forgrunnen.

Strålegang: 60° sekskantet iskrystallplate

Incident Sunlight ~22° Deviation Hexagonal Basal View (n = 1.31)
Brytning uten is

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.

Teleobjektivfotografi av horisonten som viser et fjernt lasteskip vertikalt strukket og stablet av en kystnær overlegen termisk inversjon
Overlegen kanalisert luftspeiling over kald kystsjø. Skipet hviler fysisk på havet bak den geometriske horisonten; omvendte lufttetthetslag skaper illusjonen av at det svever i luften.
Sikkerhetsadvarsel for kamera Se aldri direkte på solnedgangen eller sterke parheliier gjennom en ufiltrert optisk DSLR-søker eller et teleobjektiv. Bruk live view-sensorer med nøytral tetthetsbeskyttelse, og skjul solskiven bak en stolpe eller et tak når du fotograferer svake halobuer.

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

Neste: Former skrevet i luften →