奇特的光象

唐　進

天空中經常發生一些奇特的光象，在變化莫測的許多奇景中最常見的是虹、暈、華、霞和海市蜃樓。

虹

夏天，大雨初霽，在太陽對面的天空里，常常飛掛一道燦爛奪目的半圓形彩帶，這就是虹。虹為什么總是出現在“雨后復斜陽”的時候呢?

陣雨過后不久，天空中還浮游著無數直徑1mm左右的雨滴，這時太陽光從對面射來，照到雨滴上，一部分被雨滴表面反射，一部分折射進入雨滴。太陽光照射到雨滴表面，由于空氣和水的密度不同，光線在射入水滴之后，會發生折射。太陽光是由紅橙黃綠青藍紫等不同顏色的光混合成的。不同顏色的光，它們的折射程度不一樣。紫色光折射程度最大，紅色光折射程度最小，其它顏色的光介于兩者之間。因此，太陽光進入水滴之后，被分散成各種顏色，分別投射在雨滴的后緣弧上，形成一條彩色光帶。投射到弧上的各色光，經過反射再折射出雨滴。由于各色光的折射程度不一樣，太陽光在水滴里折射、反射、再折射后分出來的各色光是不平行的。人背著太陽站著，從某一雨滴里折射出來的各色光中，只有一種顏色的光正向人眼射來，其它顏色的光，由于射來的方向不對頭，我們都不能看見。

虹的寬度和色彩，跟雨滴的大小有關。雨滴越大，虹的色帶越窄，色彩越鮮艷；雨滴越小，虹的色帶越寬，色彩越淡。

暈

最常見的大氣光象要算暈。暈就是當天空中有卷層云的時候在日月周圍出現的一個內紅外紫的彩色光圈。暈，俗稱“枷”。太陽周圍的暈叫日暈，俗稱“日枷”；月亮周圍的暈叫月暈，俗稱“月枷”。

暈是日月光線通過卷層云的時候受到卷層云里冰晶的折射、反射而形成的。光線射入卷層云里的某一個冰晶以后，經過兩次折射，分散成不同方向的各色光。跟形成虹的情況一樣，這各色光中只有一種顏色的光能射入人的眼簾。事實上，卷層云里有無數冰晶，在太陽周圍同一圓周上的冰晶，都能把同一顏色的光折射到人們的眼簾，于是形成了內紅外紫的彩色光圈。由于對觀測者所張的角半徑為220的暈最常見，所以也稱22°暈。

華

如果天空布滿高積云，那么，日月光透過高積云的時候就會產生一個在日月周圍色彩排列和暈相反的光環，這個光環叫華。看上去，光環的直徑比暈要小得多。太陽外面的華叫日華，月亮外面的華叫月華。日華因太陽光強烈，因而比較難以看到，月華則比較常見。華的色彩是外紅內藍。

華是光線通過云里水滴或小冰晶的時候產生衍射而形成的。衍射也叫繞射。一般來說，光是依直線前進的，但是由于光有波動性，遇到極微小障礙物的時候，光波會繞過其邊緣而到達障礙物的后面，也就是偏離了原來直線前進的方向，這種偏離的程度也因光的顏色而不同。在日常生活中也可以看到光的衍射現象，如拿一根羽毛放在眼睛和燈光之間，透過羽毛的縫隙來看燈光，就可以看到燈周圍有彩色光環，這是因為光線經過極細的羽毛縫隙而發生了衍射。同樣，當光線通過云里小水滴和小冰晶的時候也要發生衍射，產生彩色的光環——華。

華的大小、清晰程度跟云的結構有關。云厚的時候，衍射光線不容易通過，華不容易產生；云薄的時候，人們容易看到華。如果云里水滴、冰晶的大小比較一致，華環就比較完整；如果水滴、冰晶大小不一致，華環也不規則，有的部分看不出來。華環大小跟云里水滴、冰晶的大小成反比：水滴、冰晶越大，華環直徑越小；水滴、冰晶越小，華環直徑越大。

霞

早晨和傍晚，地平線附近的上空常會出現紅光滿天的現象，這就是常說的霞。早晨東方的霞叫朝霞，晚上西方的霞叫晚霞。

霞的產生是由于陽光碰到近地面空氣里的氣體分子、塵埃、水汽等產生散射而形成的。太陽光里的各色光透過大氣層的能力不同，紅光透過大氣層的能力最大，橙光、黃光、綠光差一些，青光、藍光、紫光更差一些。太陽光在地平線上所透過的大氣層厚度比中午透過大氣層的厚度大幾十倍，所以在早晨和傍晚，青、藍、紫等顏色的光損失得特別多，余下的只是一些紅、橙、黃色光。這些紅、橙、黃色光，經地平線上空的空氣分子特別是水汽、塵埃等雜質散射以后，使天空呈現紅色或黃色。天空中的水汽、塵埃等雜質越多，這種色彩就越鮮明。當天空中有云層的時候，云層反射透過大氣層而來的紅、橙、黃色光，就會染上美麗的紅顏色。

海市蜃樓

北宋科學家沈括在其名著《夢溪筆談》里講到過這種現象：“登州海中，時有云氣如宮室、臺觀、城堞、人物、車馬、冠蓋，歷歷可見，謂之‘海市”。登州就是現在山東蓬萊，所以我國古代就把它說成是“蓬萊仙境”。這種現象在氣象學上就叫海市蜃樓，也叫蜃景或幻景。有時在沙漠里也能看到這種奇異的現象。其實，海市蜃樓就是光線經過密度不同的空氣層發生折射產生的現象。

如太陽照在沙漠上，地面溫度升高很快，靠近地面的空氣層密度會因為溫度劇烈升高而減小很多。這樣，就可能在一個短暫的時間里出現空氣密度垂直分布的反常現象，使近地面層空氣密度反而比上層小。這樣，來自遠處物體的光線由于逐漸折射的緣故，沿著下凹的曲線路徑到達觀察者的眼窩，這叫下現蜃景。

跟上面所說的情況相反，如果低層空氣密度很大，而上層密度比較小，來自遠方物體的光線沿著上凸的路徑到達觀察者的眼簾，在觀察者看來，遠方物體好象是在其前上方，這叫上現蜃景。

綜上所述，虹、暈、華、霞、海市蜃樓就是光線經過大氣層的時候遇到氣體分子、雨滴、冰晶或者密度不均勻的大氣層產生散射、折射、反射、衍射等造成的。