于鵬翔

天空的顏色從來(lái)都不是單調(diào)的：晴朗的天空是藍(lán)色的，迷人的晚霞是紅色的，飄蕩的云朵是白色的。

如果你喜歡觀(guān)察天空，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：天空可遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是藍(lán)色、紅色和白色這么單調(diào)，天空如何一位魔術(shù)師，總會(huì)在不經(jīng)意間變化出意想不到的絢麗色彩。那這位魔術(shù)師究竟用了什么方法呢？

首先，我們先來(lái)介紹一下這位魔術(shù)師的舞臺(tái)：天空。晴朗的天空會(huì)呈現(xiàn)令人沉醉的藍(lán)色。這種本源的色彩來(lái)自太陽(yáng)。自從牛頓用三棱鏡分解了太陽(yáng)光，人們終于知道我們能看到的耀眼的太陽(yáng)光其實(shí)是由七種色彩組成的。七色的太陽(yáng)光在天空中奔馳著射向大地，在漫長(zhǎng)的旅途中，太陽(yáng)光會(huì)與空氣中的大氣分子以及各種微粒相遇，就像跨欄比賽那樣，組成可見(jiàn)光的紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七位選手分別要跨越大氣分子和微粒這些障礙物。其中，顏色越紅，這位選手的跨越能力就越強(qiáng)，而顏色越藍(lán)，它的跨越能力就越弱。于是在這場(chǎng)長(zhǎng)距離跨欄比賽中，偏藍(lán)色的選手紛紛被障礙物絆倒四散而去，這樣一來(lái)，在場(chǎng)邊觀(guān)賽的我們就會(huì)看到跑道周?chē)紳M(mǎn)了各種藍(lán)色系選手，也就是我們抬頭看到的這一片蔚藍(lán)色天空了。

藍(lán)色的舞臺(tái)已經(jīng)介紹完，下面，天空魔術(shù)師即將開(kāi)始它的神奇魔術(shù)表演！

彩虹

說(shuō)到天空中顏色最豐富的現(xiàn)彖，彩虹一定當(dāng)之無(wú)愧，它就像一座七彩的拱橋懸桂在天空中。你知道天空魔術(shù)師是怎么變出這座彩虹橋的嗎？它又為什么是一個(gè)拱形呢？

我們先來(lái)看看天空魔術(shù)師的道具——陽(yáng)光和水滴。相信大家都聽(tīng)過(guò)“雨后彩虹”這個(gè)詞。為什么非要雨后呢？這是因?yàn)橛旰罂諝庵杏性S多小水滴，這些水滴就像飄在空中的玻璃珠兒。陽(yáng)光以一個(gè)特殊的角度（大約是42度）從正面照射水滴的時(shí)候，陽(yáng)光穿過(guò)水滴表面會(huì)發(fā)生一次折射，還會(huì)在水滴的背面反射一次，陽(yáng)光再次從水滴內(nèi)部穿過(guò)最終以折射的方式離開(kāi)水滴，這樣折騰一番，光線(xiàn)終于到達(dá)我們的眼中。在這復(fù)雜的兩次折射一次反射的過(guò)程中，因?yàn)殛?yáng)光中的七種顏色有不同的折射率，所以本來(lái)是齊頭并進(jìn)混在一起的七位選手，在穿過(guò)水滴后就跑出了不同的路線(xiàn)，分道揚(yáng)鑣后觀(guān)眾朋友們才終于看清七位選手各自的色彩。本來(lái)正常情況下我們應(yīng)該看到的是紅色在最內(nèi)側(cè)，紫色在最外側(cè)，但是因?yàn)楣饩€(xiàn)還在水滴里面反射了一次，于是它們的順序就被顛倒了，我們看到的就是紅色在外、紫色在內(nèi)的彩虹顏色了。而且，因?yàn)楣饩€(xiàn)在小水滴中反射過(guò)一次，所以我們需要背對(duì)太陽(yáng)才能看到彩虹。有時(shí)候，光線(xiàn)在水滴中會(huì)反射兩次，這時(shí)我們就會(huì)看到在彩虹的外部還出現(xiàn)了一個(gè)彩色圓弧，那就是我們常說(shuō)的霓虹的“霓”。霓的顏色與虹正好相反——“外紫內(nèi)紅”。所以當(dāng)我們?cè)倏匆?jiàn)“霓虹”這個(gè)詞的時(shí)候要記得，霓和虹那可是兩個(gè)不同的彩色光環(huán)。

那彩虹為什么是弧形的呢？上面我們提到七種顏色有不同的折射率，所以它們各自的折射角度是不同的，紅色光折射的角度大約是42度，藍(lán)紫色光的折射角度大約只有40度。我們背對(duì)太陽(yáng)時(shí)，如果把太陽(yáng)光通過(guò)我們的后腦和眼睛連成一條直線(xiàn)，那么與這條直線(xiàn)呈40-42度夾角的地方，通常就是彩虹出現(xiàn)的位置。無(wú)數(shù)平行光線(xiàn)在水滴中射入射出，而最終能投射進(jìn)眼睛，被我們看到的是與平行入射光線(xiàn)約成42度的光束集合體。于是，我們得到了一個(gè)以眼睛為頂點(diǎn)的圓錐體，而這個(gè)圓錐底面的圓弧就是彩虹啦！但是由于有地平線(xiàn)的遮擋，我們大多數(shù)時(shí)候看到的彩虹只能是半弧形的。如果你有幸在乘坐飛機(jī)時(shí)看到彩虹，這時(shí)因?yàn)橐暰€(xiàn)中沒(méi)有地平線(xiàn)的遮擋，你就能看到一個(gè)漂亮的圓形彩虹，這才是彩虹的真面目！

展示完彩虹魔術(shù)，大家想想除了雨后，彩虹是不是也可能出現(xiàn)在其他場(chǎng)景中？只要有充足的水霧、有陽(yáng)光剛好呈42度的照射，彩虹就會(huì)如約而至。所以，在瀑布周?chē)?、在灑水?chē)附近或用水霧澆花時(shí)，我們就經(jīng)常能夠見(jiàn)到彩虹。

幻日

天空魔術(shù)師不僅會(huì)將陽(yáng)光分解成七色彩虹橋，它還可以將太陽(yáng)由一個(gè)變成多個(gè)，下面這個(gè)魔術(shù)就叫幻日。

我們都聽(tīng)過(guò)“后羿射日”的故事，對(duì)我們來(lái)說(shuō)十個(gè)太陽(yáng)照射大地的情況只會(huì)出現(xiàn)在神話(huà)傳說(shuō)中。但在西方，有一位天文學(xué)家還真的見(jiàn)過(guò)很多太陽(yáng)同時(shí)掛在天空中的景象。那是在1661年2月的一天，太陽(yáng)剛剛升起不久，天文學(xué)家赫維爾正和往常一樣坐在窗邊喝茶。赫維爾瞥了一眼窗外的風(fēng)景，突然，作為一位研究太陽(yáng)黑子的天文學(xué)家，職業(yè)的敏感性使他察覺(jué)到當(dāng)天的太陽(yáng)有點(diǎn)兒不一樣。他定睛觀(guān)察，頓時(shí)大驚失色。原來(lái)，天空中竟然出現(xiàn)了七個(gè)太陽(yáng)。當(dāng)時(shí)沒(méi)有照相技術(shù)，赫維爾拿出紙筆，把他看到的景象畫(huà)了出來(lái)，太陽(yáng)的位置、光弧的形狀全都標(biāo)注得清清楚楚。后來(lái)，他把這幅奇怪的畫(huà)收錄在了他的著作《天邊孤獨(dú)的水星》中，后人將這幅圖稱(chēng)作“赫維爾七日?qǐng)D”。后來(lái)，很多人也都觀(guān)察到這種現(xiàn)象，驗(yàn)證了其真實(shí)性，并為這種現(xiàn)象起了一個(gè)很炫的名字：幻日。

那么“幻日”這個(gè)魔術(shù)是如何變的呢？它用到的道具依然是光和水汽。只是，這時(shí)候的水汽不再是小水滴，而是無(wú)數(shù)凝結(jié)成六邊形的盤(pán)狀冰晶體。在重力的影響下，盤(pán)狀冰晶體在天空中整齊排布，就像一塊透明的幕布，當(dāng)陽(yáng)光射向這些冰晶的時(shí)候，它們會(huì)像三棱鏡一樣折射陽(yáng)光，使光線(xiàn)向左右分別折射約22度。由此，我們會(huì)看到三道光從太陽(yáng)的方向直射過(guò)來(lái)，同時(shí)映入眼簾的就是三個(gè)太陽(yáng)。但其實(shí)，只有中間那個(gè)太陽(yáng)是真實(shí)的，旁邊兩個(gè)都只是太陽(yáng)的虛像，也就是幻日。

要出現(xiàn)幻日首先要有高層的卷云，因?yàn)橛性撇拍苄纬杀?。而且云層要薄，這樣光線(xiàn)才能穿透。其次，太陽(yáng)的照射角度要小，這樣陽(yáng)光才能被冰晶折射。而且陽(yáng)光、冰晶與人眼的角度都要正好，這樣被冰晶折射的光線(xiàn)才能被我們看到。

幻日不太容易見(jiàn)到，但是另一種現(xiàn)象卻很常見(jiàn)，那就是“日暈”。日暈總是與幻日相伴而生，有時(shí)候我們看不到幻日，但可以看到日暈。日暈的成因與幻日非常相似，也是陽(yáng)光經(jīng)過(guò)空中的六邊形冰晶折射形成的。只是，這時(shí)候的六邊形冰晶變成了六邊形柱狀冰晶，而非盤(pán)狀了。當(dāng)柱狀冰晶與陽(yáng)光垂直時(shí)，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)冰晶的折射，會(huì)在太陽(yáng)外面形成一個(gè)光暈，這就是日暈。夜晚，月光明亮也會(huì)形成月暈。

與幻日、日暈形成的方式相似，光線(xiàn)與不同的冰晶或者水滴發(fā)生折射，在天空中還會(huì)形成環(huán)天頂弧、環(huán)地平弧、幻日環(huán)等大氣折射現(xiàn)象。這些都是天空魔術(shù)師用光與冰晶、水滴造就的奇觀(guān)。

光柱

冰晶不但能折射光線(xiàn)，它還能夠反射光線(xiàn)。2015年12月30日晚上的內(nèi)蒙古錫林浩特市，室外溫度已降至零下20攝氏度，人們都沉浸在即將邁入新年的喜悅中，家家戶(hù)戶(hù)燈火輝煌。此時(shí)，窗外突然出現(xiàn)一條條直沖云雷、五彩繽紛的光柱。這些光柱從地面一直連接到天空中的云彩，就像天上飄下的彩帶，這如夢(mèng)如幻的場(chǎng)景持續(xù)了近2個(gè)小時(shí)，城市仿佛變身成一座“童話(huà)小鎮(zhèn)”。這絢爛奪目的光柱準(zhǔn)確說(shuō)來(lái)就是大乞光柱現(xiàn)象。

天空魔術(shù)師在這個(gè)魔術(shù)中使用的道具依然是冰晶。在寒冷的時(shí)候，大氣上層的片狀冰晶會(huì)在重力的作用下緩緩飄落，形成一層層水平下落的冰晶。在飄落的過(guò)程中，它們漸漸與地面平行，就像是在空中平行降下一面面由冰晶組成的鏡子。這時(shí)，如果有從地面來(lái)的光照射到這些冰晶的底部，冰晶就會(huì)將這些光反射回去。當(dāng)光線(xiàn)反射到我們眼中時(shí)，我們就會(huì)看到一個(gè)連接天地的光柱掛在天邊。

因?yàn)橐獜牡孛鎸⒐馍湎蛱炜?，因此，光柱現(xiàn)象一般都出現(xiàn)在太陽(yáng)比較接近地平線(xiàn)的日出、日落時(shí)分。此時(shí)，我們會(huì)看到如聚光燈一般的光線(xiàn)照射天空。如果是人造光源，光的顏色會(huì)更加豐富，形成更為絢麗的光柱，就像錫林浩特市出現(xiàn)的那些夢(mèng)幻光柱一樣。

雨幡

平日里，我們看到的云大多是一片一片或者一朵一朵的。但有時(shí)候，我們也會(huì)看到一條條如絲線(xiàn)一般的東西從云中垂下，這就是“雨幡”。為什么空中會(huì)出現(xiàn)雨幡呢？在云層中，有很多過(guò)冷水，這些過(guò)冷水已經(jīng)低于零度，但因?yàn)闆](méi)有凝結(jié)核，所以它們無(wú)法凝結(jié)成冰晶，狀態(tài)很不穩(wěn)定。當(dāng)有飛機(jī)飛過(guò)或有其他大氣擾動(dòng)情況時(shí)，這些過(guò)冷水的脆弱狀態(tài)就會(huì)被打破，于是它們就開(kāi)始凝結(jié)成小冰晶或者小水滴，并開(kāi)始下落。在下落的過(guò)程中，它們會(huì)隨風(fēng)飄蕩，形成像旗子一樣的“雨幡”。云中一部分水汽變成冰晶下落了，這個(gè)空間中的水汽就不充足了，因此會(huì)形成一個(gè)空洞，叫作“雨幡云洞”。云中有洞，洞中有天，洞下有幡，正所謂“別有洞天”。有時(shí)候，光線(xiàn)適當(dāng)，這些雨幡中的小冰晶還會(huì)折射陽(yáng)光，形成彩虹云，就又是一番盛景了。

綠閃

天空魔術(shù)師最后為我們表演的是一個(gè)富有傳奇色彩的大氣現(xiàn)象：綠閃。在電影《加勒比海盜3》中，大副說(shuō)：“當(dāng)一個(gè)生命回歸或離去時(shí)，天邊會(huì)出現(xiàn)綠光?！边@里的綠光就是綠閃。很少有人見(jiàn)過(guò)綠光，但綠光象征幸運(yùn)、幸福的美好寓意卻流傳甚廣。

綠閃只有在遙遠(yuǎn)、低矮的地平線(xiàn)附近才能看到，持續(xù)的時(shí)間也只有幾秒鐘。曾經(jīng)有很多人認(rèn)為它不是真實(shí)存在的;還有一些人相信它的存在，但對(duì)于它的產(chǎn)生原因一無(wú)所知;而冒險(xiǎn)家們則以看到它為傲。但其實(shí)綠閃出現(xiàn)的原理并不復(fù)雜，它和三棱鏡分解白光的原理是一樣的。太陽(yáng)光到達(dá)地面，需要穿過(guò)地球的大氣層，而且在大氣層中會(huì)被折射。由于不同顏色的光折射率不同，它們就會(huì)分散，這就是色散現(xiàn)象。在白天的時(shí)候，太陽(yáng)距離地球較近，太陽(yáng)光穿過(guò)大氣層的距離就比較短，色散現(xiàn)象并不明顯。但是在日落時(shí)分，太陽(yáng)光穿過(guò)大氣層的距離逐漸變長(zhǎng)，色散現(xiàn)象也就變得更加明顯。這時(shí)，大氣層就像是一個(gè)翻過(guò)來(lái)的三棱鏡，陽(yáng)光被大氣分解成了七色光，當(dāng)綠色的部分落到人眼中的時(shí)候，我們就見(jiàn)到了綠閃現(xiàn)象，甚至還有更罕見(jiàn)的藍(lán)閃和紫閃現(xiàn)象。但也恰恰是因?yàn)槲覀兛吹降氖潜环纸獾墓?，因此它持續(xù)的時(shí)間會(huì)非常短暫，是真正的轉(zhuǎn)瞬即逝。

說(shuō)了這么多，你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)天空魔術(shù)師變幻這么多種大氣現(xiàn)象其實(shí)只用了幾樣道具：陽(yáng)光、水汽凝結(jié)成的水滴或冰晶。但是因?yàn)橛辛烁鞣N復(fù)雜的光學(xué)折射、反射、散射現(xiàn)象，這些平常的道具被變幻出了霓虹、幻日、日暈、光柱、雨幡、綠閃……看了天空魔術(shù)師這么多精彩的表演，下次天空中再上演魔術(shù)是，你是不是很快就能戳穿它的小把戲了？