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2022-06-01為什麼會看見「華」?雲的光影魔術秀 630 期

Author 作者 江秉城/EASY天文地科團隊成員,走路常常不看路,以抬頭發現大氣光象為樂,現就讀臺大電機系。林彥興/EASY 天文地科團隊總編輯,現就讀清大天文所,努力在陰溝中仰望繁星。

Take Home Message
► 當光線穿過一顆水滴時會發生繞射,呈現明暗相間的同心圓光環圖形,此時光環中心較亮,愈往周圍愈暗。而當太陽光或月光穿過很多水滴(雲)產生繞射後,便會形成我們所看到的「華」。
► 當月光穿過雲中各個不同位置的水滴,使不同位置的水滴呈現不同的顏色,並從不同角度進入眼睛後,觀察者就會看到彩色的月華。
► 月華不易被觀察,主要是因為雲不會由大小相同的水滴組成。當雲內不同區域的水滴大小不同時,便不會看到一整圈的華,而是一片五顏六色的彩雲。

雲來雲往的月夜裡高掛橘黃色的月亮,相信是多數人的生活都出現過的場景,不會覺得有什麼特別之處。但有時那些圍繞在月光周圍的雲卻不是單純被照亮,而是在月亮外圍呈現一個完美卻有些可疑的圓盤(圖一)。

圖一:月亮周圍的可疑光暈。(江秉城攝影)

 


其實這些圓盤也不單單是同一種顏色,更不一定只會出現在月亮旁。當你用屋簷擋住太陽後,會發現太陽周遭的雲也不是白色的,而是呈現一圈一圈的彩色光暈(圖二)。太陽周遭先是橘黃色的圓盤,接著是內藍外紅的一圈,再外圍則愈來愈黯淡。這究竟是怎麼一回事呢?其實一切都是雲內水滴變的魔術。接下來,就讓我們一起認識這個有趣的大氣光學現象-華(corona)。

 
 

圖二:在太陽周圍、色彩鮮艷的日華。(江秉城攝影)

天空中的大氣光象

大氣光象是發生在大氣中的光學現象,比如廣為人知的彩虹與霓。當大氣中存在豐富的水滴,進入水滴的陽光經過折射和反射後,不同波長的光會以不同角度離開水滴。而來自不同方向、不同顏色的光進入眼睛後,你就會在天上看到彩虹;月亮產生的月虹也是相同道理,只是月虹往往比太陽照射產生的彩虹黯淡許多,所以難以看見。

至於本文的主角「華」,同樣也是與水滴有關的大氣光象。它看起來就像靠近太陽或月亮的彩色光盤,中心非常亮,外圈則快速變暗。彩虹的原理是折射與反射,華則是因為「繞射」(diffraction)。

波的繞射原理

「繞射」顧名思義是波可以繞過障礙物繼續前進的現象,我們可以從水波通過狹縫的情形了解波的繞射。想像將尺橫放在水面上並規律地拍打水面,製造一列列在水面上前進的波紋。……【更多內容請閱讀科學月刊第630期】