Światło idzie niezwykłą drogą

Co widać na zdjęciu a geometria kryształów

Gdy szerokokątne zdjęcie uchwyci dwie jasne plamy świetlne po bokach niskiego zimowego Słońca – połączone słabym pierścieniem i zwieńczone odwróconym uśmiechem czystych barw widma – podpisy często nazywają to „trzema słońcami”. W rzeczywistości istnieje tylko jedno źródło światła. Miliony dryfujących sześciokątnych kryształów lodu w chmurach cirrostratus lub w polarnym pyle diamentowym działają jak miniaturowe szklane pryzmaty.

Jak opisał Marcel Minnaert w klasycznym traktacie Light and Color in the Outdoors oraz w nowoczesnych symulacjach śledzenia promieni, kryształy lodu w górnej troposferze rosną przede wszystkim w dwóch pokrojach, zależnie od temperatury i przesycenia: jako płaskie sześciokątne płytki i wydłużone sześciokątne słupki. Opór aerodynamiczny ustawia większe opadające płytki poziomo, niczym trzepoczące liście (o średnicy około 100–500 mikrometrów), podczas gdy drobne kryształy mniejsze niż 20 mikrometrów obracają się chaotycznie pod wpływem ruchów Browna i mikroturbulencji.

• Klin pryzmatyczny 60° (halo 22° i parhelia)

  Światło wchodzące przez jedną ścianę boczną sześciokątnego kryształu, a wychodzące przez inną ścianę boczną, przebiega przez efektywny klin o kącie 60 stopni. Minimalne odchylenie dla światła żółto-czerwonego w lodzie (współczynnik załamania 1,31) wynosi 21,8 stopnia. Przypadkowe ustawienia tworzą pełny okrąg; poziome płytki skupiają światło po lewej i prawej stronie Słońca jako słońca poboczne (parhelia).

• Ściany pod kątem prostym 90° (łuki okołozenitalne i łuki 46°)

  Promienie wchodzące przez płaską górną ścianę podstawy poziomej płytki i wychodzące przez pionową ścianę boczną przebiegają przez pryzmat 90 stopni, dając niezwykle czyste barwy łuku okołozenitalnego wysoko nad głową – pod warunkiem, że wysokość Słońca nie przekracza 32,3 stopnia.