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布羅肯幽靈是甚麼?

真相追追追

中學的物理課上到彩虹時,教科書會提到「彩虹在地平線以下的部分不可見,但在飛機上就可以觀察到完整的圓形彩虹」,不過這句話說得不夠明確。由於虹是發生在視角40~42度之間,因此整個圓虹所張的視角就快接近九十度,若以下圖為例,視角則不超過十度,因此這種在飛機陰影附近常見的明亮小圈並不是彩虹,其實它是「觀音圈

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這種光學現象在西方被稱為「布羅肯幽靈Brocken Specter」,因為位於德國的布羅肯山一年中超過一半的日子都被霧氣所圍繞,這種獨特的條件在山頂常會出現光學暈圈現象。最初發現的旅客由於無法解釋眼前的現象,以為這是山中的鬼魅出現,因此「布羅肯幽靈」之名不脛而走,甚至歌德在《浮士德》中也將此地描述成女巫們聚集的地方。形成這種光學現象的條件必須包括:

1.太陽正處於低仰角入射的晨昏階段
2.附近剛好有薄霧
3.觀測者通常位於稜線上

產生的原因可能是當光線照射到霧滴時,透過這些小霧滴的光會形成獨立的子波源而向四面八方發出球面波。當這些光波來到登山客的周遭時,由於光波經過其身體邊緣會發生繞射,於是在登山客前方形成以其陰影頭部(更精確的說法是”眼睛”)為圓心的彩色繞射光環。觀察者所看到的都是自己的觀音圈,別人所形成的的觀音圈則不可見。

嘗試探討其形成機制所做的實驗: