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 гало, возникающих при преломлении солнечного света через ледяные кристаллы , как правило, в перистых или перисто-слоистых облаках, а не из капель дождя. Дуга расположена на значительном расстоянии (примерно 46°) над наблюдаемым Солнцем и в лучшем случае образует четверть круга с центром в зените . Ее называют «улыбкой в небе», ее первое впечатление — как от перевернутой радуги. CZA — один из самых ярких и красочных членов семейства гало . Ее цвета, от фиолетового сверху до красного внизу, чище, чем у радуги, потому что при их формировании перекрывается гораздо меньше.
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 (объединение лучей) и геометрических ограничений. [2] [3] Фактически, CZA наиболее ярка, когда Солнце наблюдается под углом около 20°.
Вопреки общественному мнению, CZA — не редкое явление, но его часто упускают из виду, поскольку оно происходит так высоко над головой. Стоит обратить внимание на него, когда видны ложные солнца , поскольку тот же тип ледяных кристаллов, который их вызывает, ответственен за CZA. [4]
CZA вызвана кристаллами льда, которые образуют пластинчатые шестиугольные призмы в горизонтальной ориентации. Свет, который образует CZA, входит в кристалл льда через его плоскую верхнюю грань и выходит через боковую грань призмы. Преломление почти параллельного солнечного света через то, что по сути является 90-градусной призмой, объясняет широкое разделение цветов и чистоту цвета. CZA может образовываться только тогда, когда солнце находится на высоте ниже 32,2°. [5] CZA наиболее ярок, когда солнце находится на высоте 22° над горизонтом, что заставляет солнечный свет входить и выходить из кристаллов под минимальным углом отклонения; тогда он также составляет около 22° в радиусе и 1,5° в ширину. [6] Радиус CZA варьируется от 32,2° до 0°, становясь меньше с ростом высоты Солнца. Лучше всего его наблюдать при высотах Солнца около 15°-25°; ближе к любой из крайностей он становится исчезающе слабым. Когда Солнце наблюдается выше 32,2°, свет выходит из кристаллов через нижнюю грань, способствуя образованию почти бесцветного паргелического круга .
Поскольку это явление также требует, чтобы кристаллы льда имели общую ориентацию, оно происходит только при отсутствии турбулентности и когда нет значительных восходящих или нисходящих потоков . [7]
Как и все гало, CZA может быть вызвана светом как от Луны, так и от Солнца: первый вариант называется лунной околозенитной дугой . [8] Его возникновение встречается реже, чем солнечное CZA, поскольку для него требуется, чтобы Луна была достаточно яркой, что обычно происходит только около полнолуния .
Эксперимент с жидким стаканом (известный по крайней мере с 1920 года, [9] см. изображение справа [10] [11] ) может быть использован для создания искусственной околозенитной дуги. Освещение верхней границы раздела воздух-вода почти полностью заполненного водой цилиндрического стакана под небольшим углом приведет к преломлению света в воду. Стакан должен быть расположен на краю стола. Тогда второе преломление на боковой поверхности цилиндра является преломлением косого луча. Общее преломление оказывается эквивалентным преломлению через вертикальный шестиугольный пластинчатый кристалл, если принять во внимание вращательное усреднение. Затем на полу появится цветная искусственная околозенитная дуга. [3] Другие искусственные гало могут быть созданы аналогичными способами.
