淺談日暈

生活科學趣談

今天來聊聊在所有日暈中最常見的22度暈

halo1

今年3月28日上午10時~下午2時,在嘉義以南的民眾只要抬頭仰望天空,幾乎都能看見這個漂亮的22度暈,台南地區甚至還能見到日暈下方的 環地平弧

以下這個實驗可以說明22度的形成機制

halo22

由於22度的形成可以視為陽光通過三稜鏡時所產生的最小偏向角,經由數學方法可以證明最小偏向是發生在「稜鏡內的光線軌跡平行於底邊」的情況。

halo

根據折射定律 n1sinθ1=n2sinθ2,空氣的折射率n1近似於1、紅光在冰晶中的折射率n2是1.306、折射角θ2是30°,帶入公式可算出入射角θ1=40.77°,所以∠i=θ – 30°=10.77°。由於外角等於兩個遠內角的和,因此偏向角δ=i+i=21.54°;同理,若帶入藍光的折射率1.317°(人眼對紫光不敏感),可算出藍光的最小偏向角是22.37度,21.54°~22.37°這個區間的亮環於是就稱為22度暈。不過,若仔細觀察22度暈的色彩分布,會發現最靠近太陽的內圈是偏向角最小的紅光,但是往外延伸時,其色彩並非像彩虹或是環地平弧那麼的鮮豔多采,外圍甚至只是比較明亮的白光而已。這是因為與太陽相距視角為21.54°處只有紅光能抵達,但是22.37°處卻是偏向角比它小的其他色光在回掃時均能通過此處,因此22度暈的色彩就會由於混光而無法像彩虹那般的純淨了。

halo2

22度暈還有一個值得觀察的重點,就是在環內緊鄰22度的地方是暗區,這是因為所有色光都掃不到這個區域所導致,這就如同虹與霓之間會存在著亞力山大暗帶是一樣的機制。