奇特的光象

唐　进

天空中经常发生一些奇特的光象，在变化莫测的许多奇景中最常见的是虹、晕、华、霞和海市蜃楼。

虹

夏天，大雨初霁，在太阳对面的天空里，常常飞挂一道灿烂夺目的半圆形彩带，这就是虹。虹为什么总是出现在“雨后复斜阳”的时候呢?

阵雨过后不久，天空中还浮游着无数直径1mm左右的雨滴，这时太阳光从对面射来，照到雨滴上，一部分被雨滴表面反射，一部分折射进入雨滴。太阳光照射到雨滴表面，由于空气和水的密度不同，光线在射入水滴之后，会发生折射。太阳光是由红橙黄绿青蓝紫等不同颜色的光混合成的。不同颜色的光，它们的折射程度不一样。紫色光折射程度最大，红色光折射程度最小，其它颜色的光介于两者之间。因此，太阳光进入水滴之后，被分散成各种颜色，分别投射在雨滴的后缘弧上，形成一条彩色光带。投射到弧上的各色光，经过反射再折射出雨滴。由于各色光的折射程度不一样，太阳光在水滴里折射、反射、再折射后分出来的各色光是不平行的。人背着太阳站着，从某一雨滴里折射出来的各色光中，只有一种颜色的光正向人眼射来，其它颜色的光，由于射来的方向不对头，我们都不能看见。

虹的宽度和色彩，跟雨滴的大小有关。雨滴越大，虹的色带越窄，色彩越鲜艳；雨滴越小，虹的色带越宽，色彩越淡。

晕

最常见的大气光象要算晕。晕就是当天空中有卷层云的时候在日月周围出现的一个内红外紫的彩色光圈。晕，俗称“枷”。太阳周围的晕叫日晕，俗称“日枷”；月亮周围的晕叫月晕，俗称“月枷”。

晕是日月光线通过卷层云的时候受到卷层云里冰晶的折射、反射而形成的。光线射入卷层云里的某一个冰晶以后，经过两次折射，分散成不同方向的各色光。跟形成虹的情况一样，这各色光中只有一种颜色的光能射入人的眼帘。事实上，卷层云里有无数冰晶，在太阳周围同一圆周上的冰晶，都能把同一颜色的光折射到人们的眼帘，于是形成了内红外紫的彩色光圈。由于对观测者所张的角半径为220的晕最常见，所以也称22°晕。

华

如果天空布满高积云，那么，日月光透过高积云的时候就会产生一个在日月周围色彩排列和晕相反的光环，这个光环叫华。看上去，光环的直径比晕要小得多。太阳外面的华叫日华，月亮外面的华叫月华。日华因太阳光强烈，因而比较难以看到，月华则比较常见。华的色彩是外红内蓝。

华是光线通过云里水滴或小冰晶的时候产生衍射而形成的。衍射也叫绕射。一般来说，光是依直线前进的，但是由于光有波动性，遇到极微小障碍物的时候，光波会绕过其边缘而到达障碍物的后面，也就是偏离了原来直线前进的方向，这种偏离的程度也因光的颜色而不同。在日常生活中也可以看到光的衍射现象，如拿一根羽毛放在眼睛和灯光之间，透过羽毛的缝隙来看灯光，就可以看到灯周围有彩色光环，这是因为光线经过极细的羽毛缝隙而发生了衍射。同样，当光线通过云里小水滴和小冰晶的时候也要发生衍射，产生彩色的光环——华。

华的大小、清晰程度跟云的结构有关。云厚的时候，衍射光线不容易通过，华不容易产生；云薄的时候，人们容易看到华。如果云里水滴、冰晶的大小比较一致，华环就比较完整；如果水滴、冰晶大小不一致，华环也不规则，有的部分看不出来。华环大小跟云里水滴、冰晶的大小成反比：水滴、冰晶越大，华环直径越小；水滴、冰晶越小，华环直径越大。

霞

早晨和傍晚，地平线附近的上空常会出现红光满天的现象，这就是常说的霞。早晨东方的霞叫朝霞，晚上西方的霞叫晚霞。

霞的产生是由于阳光碰到近地面空气里的气体分子、尘埃、水汽等产生散射而形成的。太阳光里的各色光透过大气层的能力不同，红光透过大气层的能力最大，橙光、黄光、绿光差一些，青光、蓝光、紫光更差一些。太阳光在地平线上所透过的大气层厚度比中午透过大气层的厚度大几十倍，所以在早晨和傍晚，青、蓝、紫等颜色的光损失得特别多，余下的只是一些红、橙、黄色光。这些红、橙、黄色光，经地平线上空的空气分子特别是水汽、尘埃等杂质散射以后，使天空呈现红色或黄色。天空中的水汽、尘埃等杂质越多，这种色彩就越鲜明。当天空中有云层的时候，云层反射透过大气层而来的红、橙、黄色光，就会染上美丽的红颜色。

海市蜃楼

北宋科学家沈括在其名著《梦溪笔谈》里讲到过这种现象：“登州海中，时有云气如宫室、台观、城堞、人物、车马、冠盖，历历可见，谓之‘海市”。登州就是现在山东蓬莱，所以我国古代就把它说成是“蓬莱仙境”。这种现象在气象学上就叫海市蜃楼，也叫蜃景或幻景。有时在沙漠里也能看到这种奇异的现象。其实，海市蜃楼就是光线经过密度不同的空气层发生折射产生的现象。

如太阳照在沙漠上，地面温度升高很快，靠近地面的空气层密度会因为温度剧烈升高而减小很多。这样，就可能在一个短暂的时间里出现空气密度垂直分布的反常现象，使近地面层空气密度反而比上层小。这样，来自远处物体的光线由于逐渐折射的缘故，沿着下凹的曲线路径到达观察者的眼窝，这叫下现蜃景。

跟上面所说的情况相反，如果低层空气密度很大，而上层密度比较小，来自远方物体的光线沿着上凸的路径到达观察者的眼帘，在观察者看来，远方物体好象是在其前上方，这叫上现蜃景。

综上所述，虹、晕、华、霞、海市蜃楼就是光线经过大气层的时候遇到气体分子、雨滴、冰晶或者密度不均匀的大气层产生散射、折射、反射、衍射等造成的。