近日,湖北武汉的一名男子晚上不经意间看向天空时,眼前的一幕把他惊呆了,他看到天空中竟然出现一个巨大的光圈。
更让他惊讶的是,这个光圈还会不停闪烁,变大变小,甚至大圈里面还会出现小的光圈。
一时间,男子的脑海里瞬间闪过“外星人”“ufo”等词语。
不过,据知情人透露,当晚天空中的光圈,其实武汉光谷广场春晚分会场彩排时,射灯向上照射遇到云层散射造成的。
地面的灯光穿透薄云,不仅照亮了夜空,还在云层边缘勾勒出一圈圈柔和而神秘的光圈,如同自然界的秘密语言,诉说着光与云的不解之缘。
那么,这一奇妙现象背后的原理是什么呢?
首先,要理解这一现象,我们需要从光的本质谈起。
光,作为一种电磁波,具有波粒二象性,既表现出波动特性,如干涉、衍射,又展现出粒子特性,如光电效应。
当光线遇到不同介质时,如空气与水、空气与云层之间,会发生折射、反射和散射等现象,正是这些物理现象,构成了我们观察到的灯光照射云层产生光圈的基础。
地面的灯光,无论是来自路灯、建筑物的照明,还是车辆的行驶,都是由无数光子组成的连续光源。
当这些光子遇到云层时,首先会经历折射。云层,作为大气中的一种水汽凝结体,其密度、温度和湿度分布不均,导致光在穿过时速度发生变化,从而产生折射效应。
这种折射不仅使光线方向发生偏转,还可能在云层内部多次反射,形成复杂的光路。
更为重要的是,云层中的微小水滴和冰晶充当了天然的“散射体”。
当光线进入云层,这些微小的颗粒会按照瑞利散射(对于较小颗粒)或米氏散射(对于较大颗粒)的原理,将光线散射到各个方向。
瑞利散射的特点是短波长的光(如蓝光)比长波长的光(如红光)散射得更强烈,这解释了为什么晴朗的天空呈现蓝色。
而在云层中,由于水滴和冰晶的尺寸较大,更接近于米氏散射,使得散射光在云层边缘形成一个较为均匀的光环。
此外,云层内部的复杂结构也起到了关键作用。云层中的水滴和冰晶并非均匀分布,它们以不同的密度和形态排列,形成了类似透镜的效果,进一步增强了光线的散射和折射。
当光线经过这样的“云层透镜”时,会被聚焦或扩散,从而在云层边缘形成一圈圈明亮的光环。
这些光环的亮度、颜色和形状,取决于云层的厚度、密度、高度以及光源的强度和颜色。
值得注意的是,并非所有云层都能产生明显的光圈。
一般来说,薄而透明的云层,如卷云或高积云,更容易形成这种现象,因为它们对光线的散射作用较为显著,同时不会完全吸收或遮挡光线。
相反,厚重且密度较大的云层,如积雨云或层云,由于光线难以穿透,往往难以观察到明显的光圈效应。