Околозенитная дуга , также называемая околозенитной дугой ( CZA ), перевернутой радугой и дугой Браве , [1] — оптическое явление, похожее по внешнему виду на радугу , но принадлежащее к семейству ореолов , возникающих в результате преломления солнечного света через кристаллы льда , обычно в перистых или перисто-слоистых облаках, а не в каплях дождя. Дуга расположена на значительном расстоянии (примерно 46°) над наблюдаемым Солнцем и образует самое большее четверть круга с центром в зените . Ее назвали «улыбкой в небе», и ее первое впечатление было похоже на перевернутую радугу. CZA — один из самых ярких и красочных представителей семейства гало . Ее цвета, от фиолетового сверху до красного внизу, чище, чем у радуги, поскольку при их формировании гораздо меньше перекрытия.
Распределение интенсивности вдоль околозенитной дуги требует учета нескольких эффектов: амплитуд отражения и пропускания Френеля, атмосферного затухания, хроматической дисперсии (т.е. ширины дуги), азимутальной угловой дисперсии (группировки лучей) и геометрических ограничений. [2] [3] Фактически, CZA ярче всего, когда Солнце наблюдается под углом около 20 °.
Вопреки общественному мнению, CZA не является редким явлением, но его обычно упускают из виду, поскольку оно происходит до сих пор над головой. На него стоит обратить внимание, когда видны солнечные собаки , так как за ЦЗА ответственны те же кристаллы льда, которые их вызывают (пластинчатые шестиугольные призмы в горизонтальной ориентации). [4]
Свет, образующий CZA, входит в кристалл льда через его плоскую верхнюю грань и выходит через боковую грань призмы. Преломление почти параллельного солнечного света через призму с углом 90 градусов обеспечивает широкое разделение цветов и чистоту цвета. CZA может образоваться только тогда, когда Солнце находится на высоте ниже 32,2 °. [5] CZA ярче всего, когда солнце находится под углом 22 ° над горизонтом, что заставляет солнечный свет проникать в кристаллы и выходить из них под минимальным углом отклонения; тогда его радиус также составляет около 22°, а ширина - 1,5°. [6] Радиус CZA колеблется от 32,2° до 0° и становится меньше с увеличением высоты Солнца. Лучше всего его наблюдать на высотах Солнца около 15°—25°, а ближе к любому из крайних пределов он исчезающе слаб. Когда Солнце наблюдается выше 32,2°, свет выходит из кристаллов через нижнюю грань, образуя почти бесцветный паргелический круг .
Поскольку это явление также требует, чтобы кристаллы льда имели общую ориентацию, оно происходит только при отсутствии турбулентности и значительного восходящего или нисходящего потока . [7]
Как и все гало, CZA может быть вызван светом Луны, а также Солнца: первое называется лунной околозенитной дугой . [8] Его возникновение встречается реже, чем солнечный вариант, поскольку для него требуется, чтобы Луна была достаточно яркой, что обычно происходит только в период полнолуния .
Эксперимент с жидким стеклом (известный по крайней мере с 1920 года, [9] см. изображение справа, или даже дольше [10] [11] ) может быть использован для создания искусственной околозенитной дуги. Освещение (под небольшим углом) верхней границы раздела воздух-вода почти полностью заполненного водой цилиндрического стакана приведет к преломлению света в воду. Стакан должен располагаться на краю стола. Второе преломление на боковой грани цилиндра представляет собой преломление косых лучей. Полная рефракция оказывается эквивалентной рефракции через вертикальный шестиугольный пластинчатый кристалл с учетом вращательного усреднения. На полу появится красочная искусственная околозенитная дуга. [3] Аналогичными способами можно создать и другие искусственные ореолы .
