摘要：美国著名的自然主义者蒂姆-荷德日前出版一本名为《绚丽的天空》的新书，披露了一些天空中罕见的奇异自然景象。这些奇异景象包括日晕、海市蜃楼以及太阳风等。图中这种扁平状的彩虹就是所谓的火彩虹，也被称为“环地平弧”。“环地平弧”是一种极其罕见的光学现象，只有当太阳...
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要目前世界的十大气象奇观（图）
美国著名的自然主义者蒂姆-荷德日前出版一本名为《绚丽的天空》的新书，披露了一些天空中罕见的奇异自然景象。这些奇异景象包括日晕、海市蜃楼以及太阳风等。
图中这种扁平状的彩虹就是所谓的火彩虹，也被称为“环地平弧”。“环地平弧”是一种极其罕见的光学现象，只有当太阳光线与地平线呈58度角时才会形成的冰晶折射现象。之所以也被叫做火彩虹，是因为它看起来就像彩虹在天空自发的燃烧，划过天空。火彩虹不像普通的彩虹那么容易见到，这主要因为那种条件实在太难满足了，首先太阳要与地平线成58度角，同时你观察的天空要在20000英尺(约6100米)的高度上存在卷云。2、奇异的海市蜃楼景观
海市蜃楼不只是出现于沙漠中。当光线穿过空气时，如果出现气温急剧变化引起空气密度不均，那么就可能造成光线折射，从而会产生海市蜃楼现象。本图就是所谓是“上蜃景”，那艘船看起来好象比实际要高大的多。通常情况下，许多“上蜃景”还会包括其倒影。蜃景不仅能在海上、沙漠中产生，柏油马路上偶尔也会看到。海市蜃楼是光线在铅直方向密度不同的气层中，经过折射造成的结果。自古以来，蜃景就为世人所关注。在古代的神话中，蜃景被描绘成魔鬼的化身，是死亡和不幸的凶兆。3、罕见的22度日晕
这是芬兰天空中出现的一轮22度日晕的照片，背景中一根高大的烟囱直指日晕的中心。这就是所谓的“外接晕”，即外围光环完全重合。日晕现象经常发生，甚至比彩虹都还常见，但是由于阳光过于强烈，通常肉眼无法看到。4、两个太阳同时坠落
日落时由于光线折射的原因，地平线上的太阳常常看起来好象更大，甚至会变成椭圆形。这张太平洋上的日落照片，就是这种视觉效果的最好体现。严重的折射现象“削平”了太阳的顶部，太阳下面的倒影就是所谓的“下蜃景”。这是最常见的一种海市蜃楼景象，炎热的夏天在高速公路上也经常可以看见这种情景。
由质子和电子等基本粒子组成的太阳风不断向地球吹来。但幸运的是，太阳风的大部分粒子都被地球磁气圈拒之门外。但是，在地球的两极地区，仍然会有一些太阳粒子会闯入大气层，于是就形成了极光现象。极光的颜色以绿色较为常见。但在阿拉斯加上空由于氧的高度电离化，于是就形成了这种罕见的红色极光。许多世纪以来，极光一直是人们猜测和探索的天象之谜。从前，爱斯基摩人认为极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬。13世纪时，人们又认为那是格陵兰冰原反射的光。到了17世纪，人们才正式称之为极光。
我们应该还记得小学课本中的一条自然常识：如果云层底部的负电荷不断聚集，而地面上正电荷也在不断增加，当两者之间的电压超过空气绝缘能力时，就会产生闪电现象。这条长长的闪电就发生于亚利桑那州银铃山脉的上空。各种闪电中，最罕见的是联珠状闪电，世界上绝大多数人都未曾见过它。这种闪电形如一串发光的珍珠从云低伸向地面。由于联珠状闪电出现的机会极少，维持的时间也极短，因此人们对这种闪电的成因研究得很少，形成的原因目前尚不清楚。
日冕通常指的是太阳大气的最外层，只有在发生日食的时候才能够看到那轮光环。当阳光穿过雨林中小水滴时，被散射成不同的波段，也会形成照片中所示的七彩光环。彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。
蛛网上的露珠形成“露虹”当潮湿的空气中漂浮着许多小水珠时，有光线穿过就会形成彩虹。标准的彩虹并不少见。但如果太阳光线的角度较低，而且小水珠又都粘附于某特定表面时，也会出现一种特别的彩虹现象，即所谓的“露虹”。比如，蛛网上的露水就会形成所谓的“露虹”，小草、野花等植物表面为“露虹”形成提供了很好的平台。
有时山顶的光线看起来好象会略带桃红色，甚至当太阳快要落山或落入地平线之下时也是如此，这就是所谓的“染山霞”现象。“染山霞”现象是由于太阳光线被山上的雪或大气中的水珠和冰粒折射而形成。
这是一幅由天空云层中的冰晶折射太阳光所形成的日晕照片。冰晶象是一个个棱镜以不低于22度角折射太阳光，于是就形成了图片中所看到的22度日晕。在日晕光环的内部区域会稍显暗淡，那是因为太阳光线被折射开的原因。日晕形成原因是在5000米的高空中出现了由冰晶构成的卷层云。卷层云中的冰晶经过太阳照射后会发生折射和反射等物理变化，阳光便分解成了红、黄、绿、紫等多种颜色，这样太阳周围就出现一个巨大的彩色光环，称为晕。日晕的出现，往往预示天气会发生一定的变化。
2020年2月14日四子王旗组合冰晕——环天顶弧与Kern弧
2020年2月14日，中国内蒙古四子王旗展现了罕见的天空奇观——世界级的冰晕组合。这次罕见事件超越了常规的冰晕现象，如22°日晕、幻日环等，还包括了46°日晕、44°幻日、120°幻日、幻日环蓝斑、Liljequist幻日、Lowitz弧以及极少见的Kern弧和multiple scattering Kern弧。特别是Kern弧和multiple scattering Kern弧的出现，是中国首次记录。图1描绘了这次冰晕的壮观景象，其中环天顶弧是最显著的部分，而Kern弧和multiple scattering Kern弧则与其相连，构成了一幅完整的视觉景象，尽管后两者亮度较低，但它们的存在证明了此次冰晕强度之高，科学价值不言而喻。
环天顶弧和环地平弧均属于46° plate arcs，由六棱片晶以特定角度反射和折射太阳光形成。环天顶弧的光路从冰晶顶面1进入，通过侧面3射出，形成一个约四分之一圆的弧，颜色与彩虹相反，最亮时太阳高度在15°~25°。而环地平弧则出现在太阳下方，形成更宽的直线状弧，其亮度受太阳角度影响。这两种弧不可能同时出现，因为它们的形成条件不同。
冰晕的形成涉及复杂的几何计算，比如环天顶弧的水平和垂直张角，这些可以通过公式来估算。图3和图4展示了这些计算的原理，光点法和分解法提供了环天顶弧与天顶张角的两种计算方法。随着太阳高度角的增加，环天顶弧的张角减小，亮度达到最大值时，太阳高度约为22°。
这次冰晕中还出现了Kern弧，它极为罕见，源自冰晶内部的特殊反射和折射。Kern弧虽然亮度低，但通过反射扩展了覆盖范围，与环天顶弧共同构成一个不完整的圆。实际上，Kern弧与环天顶弧的张角相同，但在太阳两侧存在缺口，而其亮度通常需要多张照片叠加来观察。
更引人注目的是，这次冰晕中还出现了所谓的“冰晕的冰晕”——由高透明度片晶产生的次生冰晕。这种现象结合了太阳、幻日和环天顶弧，形成了一个完整的冰晕圈。1970年加拿大的萨斯卡通冰晕事件与四子王旗的这次发现相呼应，展示了中国在冰晕研究领域的重大进展。
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