揭秘飛機窗外的奇幻現象 蘊藏眾多光學原理

2020-11-23 民航資源中國網

  圖1:被拉平的太陽。《大科技·科學之謎》雜誌供圖

  坐飛機旅行可是一個觀察天空的好機會!有些奇幻的大氣現象,只有透過機窗才能看到,而這些奇幻現象,竟蘊藏著很多光學原理呢!美國大氣光學專家考利就列出了其中的幾個:

  飛機在雲層上方疾馳,在飛機背向太陽的一面,我們可以看到美麗的光暈。這些光暈是在光射向雲層,但被雲層中的一個個水滴散射回去而產生的。雲層中水滴的大小越均一,你就能看到更多的光暈。當飛機在由小一些或者大一些水滴組成的雲層上飛行時,這些光暈還會相應地膨脹和收縮。

  但是,只有在飛機下方有雲彩時,我們才能看到這一奇幻現象,因為光暈的形成需要這些雲彩,它們是光暈「畫」在其上的「帆布」。如果恰好碰到萬裡無雲的天氣,就看不到光暈了。

  不過沒關係,在這種情況下,我們就可能看到另外一個光學效應了,尤其是飛機在乾旱地區或者樹林區域上空飛行時。這就是「反面效應」——一種沿著下方地面移動的明亮的光斑,這是由於光的衍射產生的效應。這種亮斑總是正逆著太陽不斷向前移動,看上去,似乎樹木或者土地都被飛機的影子遮擋、隱藏起來了,而飛機影子的前方相應地變得更加明亮。

  如果我們轉過頭來,望向正對太陽的那一面呢?那是冰暈的王國。冰暈是由高雲層的冰晶導致的一種光環和弧線。它們常常顯出漂亮的彩虹顏色,但它們並不是彩虹。

  在機窗外我們看到最刺眼的事物不是太陽,而是亞太陽。由於在你下面的雲層中,無數平坦的盤狀冰晶組合在一起,形成了一面巨大的鏡子,它能直接把太陽光反射過來,因此雲層上似乎出現了一個太陽,就像鏡子裡的太陽一樣,這被稱為「亞太陽」。當飛機飛行時,亞太陽也沿著雲層飄動,時而脹大,時而縮小,有時還會顫動,因為冰晶的傾斜度會發生不同變化。有時候,一條光柱從亞太陽處伸上來,射向真太陽,這是太陽光柱,這也是由於陽光恰好受到排得很整齊的冰晶反射而形成的。

  從飛機上欣賞日出和日落,效果也是別具一格的。太陽被奇特地壓平了,這是因為它的光線被通向濃密的低層大氣的途徑極強地折射了,幾乎達到正常折射量的兩倍,然後,光線再穿透出來,到達我們的眼睛。如果是晚上乘飛機,我們就可能趕上月出,按照同樣的道理,月亮也會扭曲變形。

  圖2:反面效應。《大科技·科學之謎》雜誌供圖

  最後,抬起頭來,看看我們頭上的天空吧!它會比我們在地面上任何時候看到的都要深,都要暗。我們知道,天空顯出藍色的原因,就是太陽光被分子散射,而現在,地球大氣的很大一部分都在我們腳下了,太陽光被散射得很少,所以飛機上頭的天空呈現深沉的紫羅蘭的色彩。我們可以提醒自己:現在,我們已經離太空不遠了。

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(《大科技·科學之謎》,

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