原標(biāo)題:毅力新發(fā)現(xiàn):火星上22度光環(huán)！》

地球時間2021年12月15日，正在火星表面執(zhí)行任務(wù)的火星車不屈不撓號拍攝了幾張罕見的照片，照片顯示在火星上也可以看到特殊冰云折射太陽光造成的光學(xué)現(xiàn)象——22度光暈這是人類探測器首次在地球之外觀測到這一現(xiàn)象

不屈不撓號火星車拍攝的光環(huán)圖1)

由來自科羅拉多空間科學(xué)研究所的科學(xué)家Lemmon(注意，不是Lemon)組成的研究團隊于2022年8月在美國著名地球物理研究期刊《地球物理研究快報》上發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。

光環(huán)及其分類

光暈，又稱光暈，白虹，是一種大氣光學(xué)現(xiàn)象光暈是光線(陽光和月光)通過富含冰晶顆粒的云層散射形成的光弧，光圈或光斑可分為22度暈，46度暈，日晷，幻日(近/遠)，環(huán)天頂弧，環(huán)地弧等根據(jù)形狀和外觀位置的不同不同種類的暈在觀察時有不同的困難一般來說，22度暈最常見，其他種類暈亮度較弱或者是因為觀察角度的原因，往往需要更多的條件去觀察它們，有時甚至?xí)蔀橐恍┻M入新聞的奇觀

部分物種暈的分布

為什么叫22度眩暈這是以光環(huán)的觀看半徑命名的在天氣條件好的情況下，大氣中的純冰晶顆粒多為六棱柱體根據(jù)幾何光學(xué)計算，當(dāng)光從六角棱鏡的一側(cè)進入，然后從另一側(cè)折射出射時，折射角約為22度在46度光暈的情況下，光線從六棱柱的側(cè)面進入，經(jīng)過折射后從頂/底面出射，或者正好相反，折射角約為46度自然情況下，冰晶側(cè)向面對陽光，光線側(cè)向進出，但很少穿過頂/底面，所以22度暈比46度暈強很多，更容易觀察到

2度暈和46度暈成因的簡單概念圖

其他種類的光暈也是由于光線通過六角棱鏡或復(fù)雜的六角棱鏡組合折射造成的大氣冰晶的形狀分布和排列方向往往不是隨機的，而是有一定的排列規(guī)律或主導(dǎo)成分在某些特定的天氣條件和場所，來自某個方向的折射光變強，相應(yīng)的光學(xué)現(xiàn)象也變得更加明顯

中學(xué)時，我們在《唐菊不辱使命》一文中學(xué)到了一個不祥之兆——一道白色的彩虹貫穿太陽這里說的天象，其實就是神奇的太陽弧它剛好穿過太陽，與22度光暈相交產(chǎn)生幻日，故名現(xiàn)代應(yīng)該意識到這是一種可以用光學(xué)原理解釋的科學(xué)現(xiàn)象，并不是不祥之兆

有時神奇的太陽非常明亮，與真實的太陽不相上下，仿佛天空中出現(xiàn)了幾個太陽，因此得名在晴朗的冬日，大氣中富含微小干凈的冰晶顆粒，22度的光暈和神奇的太陽弧異常清晰，交匯處的神奇太陽變得異常明亮，因此成為奇觀

太陽柱是一個垂直出現(xiàn)的光暈，就像橫過太陽的光柱。

當(dāng)太陽的高度角很低時，可以看到環(huán)天頂弧(也叫太陽負荷)。

如果視野足夠開闊清晰，太陽的高度角較高，緯度不超過58度，就可以看到環(huán)地弧(太陽圈)。

上切弧或外切弧是位于22度暈上方切線處的暈有時在上切弧上方有一條與22度暈幾乎平行的弧，稱為佩利弧英國探險家威廉·佩利爵士首先發(fā)現(xiàn)并詳細描述了它

幾種罕見的日暈火星上很少有日暈。

在了解了地球上的光環(huán)之后，我們將視角轉(zhuǎn)向火星為什么火星上的光環(huán)很少歷史上有很多火星車，比如好奇號，機遇號等等，都曾經(jīng)著陸工作過很長時間，但是從來沒有出現(xiàn)過日暈雖然火星大氣稀薄，有云，但其中的主要成分不僅僅是水，還有一些干冰火星上經(jīng)常出現(xiàn)沙塵暴等惡劣天氣，能夠穩(wěn)定顯示冰晶散射的氣象條件并不多見至關(guān)重要的是，此前的許多研究表明，火星大氣缺乏形成大尺寸規(guī)則六棱柱冰晶粒子的條件，而光暈的產(chǎn)生需要波長遠大于可見光的六棱柱冰晶粒子，才能滿足幾何光學(xué)近似

火星上的云

參考庫珀的好奇號等火星車的觀測數(shù)據(jù)，獲得了一些六棱柱冰晶存在的證據(jù)，但這些冰晶的數(shù)量極其稀少鍥而不舍號意外拍攝到的光環(huán)，使科學(xué)家們能夠確認(rèn)火星上也存在大型冰晶云，并對火星氣候和火星冰云的形成及分布特征有了新的認(rèn)識

參考數(shù)據(jù)

火星上的水冰云中形成了六棱柱，產(chǎn)生了毅力漫游者看到的光暈顯示地球物理研究快報49.17 (2022): e2022GL099776

實驗室和大氣中冰晶的形成《化學(xué)評論》44.2 (1949): 291—320

溫迪施，曼弗雷德和楊平大氣輻射傳輸理論:綜合介紹約翰·威利amp兒子們，2012

盛等.大氣物理學(xué)(第二版).北京大學(xué)出版社，2013。

卡恩拉爾夫火星云的空間和季節(jié)分布以及一些氣象學(xué)意義地球物理研究雜志:空間物理學(xué)89A8 (1984): 6671—6688

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