天空魔術表演

于鵬翔

天空的顏色從來都不是單調的：晴朗的天空是藍色的，迷人的晚霞是紅色的，飄蕩的云朵是白色的。

如果你喜歡觀察天空，就會發現：天空可遠遠不只是藍色、紅色和白色這么單調，天空如何一位魔術師，總會在不經意間變化出意想不到的絢麗色彩。那這位魔術師究竟用了什么方法呢？

首先，我們先來介紹一下這位魔術師的舞臺：天空。晴朗的天空會呈現令人沉醉的藍色。這種本源的色彩來自太陽。自從牛頓用三棱鏡分解了太陽光，人們終于知道我們能看到的耀眼的太陽光其實是由七種色彩組成的。七色的太陽光在天空中奔馳著射向大地，在漫長的旅途中，太陽光會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，組成可見光的紅、橙、黃、綠、藍、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，而顏色越藍，它的跨越能力就越弱。于是在這場長距離跨欄比賽中，偏藍色的選手紛紛被障礙物絆倒四散而去，這樣一來，在場邊觀賽的我們就會看到跑道周圍布滿了各種藍色系選手，也就是我們抬頭看到的這一片蔚藍色天空了。

藍色的舞臺已經介紹完，下面，天空魔術師即將開始它的神奇魔術表演！

彩虹

說到天空中顏色最豐富的現彖，彩虹一定當之無愧，它就像一座七彩的拱橋懸桂在天空中。你知道天空魔術師是怎么變出這座彩虹橋的嗎？它又為什么是一個拱形呢？

我們先來看看天空魔術師的道具——陽光和水滴。相信大家都聽過“雨后彩虹”這個詞。為什么非要雨后呢？這是因為雨后空氣中有許多小水滴，這些水滴就像飄在空中的玻璃珠兒。陽光以一個特殊的角度（大約是42度）從正面照射水滴的時候，陽光穿過水滴表面會發生一次折射，還會在水滴的背面反射一次，陽光再次從水滴內部穿過最終以折射的方式離開水滴，這樣折騰一番，光線終于到達我們的眼中。在這復雜的兩次折射一次反射的過程中，因為陽光中的七種顏色有不同的折射率，所以本來是齊頭并進混在一起的七位選手，在穿過水滴后就跑出了不同的路線，分道揚鑣后觀眾朋友們才終于看清七位選手各自的色彩。本來正常情況下我們應該看到的是紅色在最內側，紫色在最外側，但是因為光線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、紫色在內的彩虹顏色了。而且，因為光線在小水滴中反射過一次，所以我們需要背對太陽才能看到彩虹。有時候，光線在水滴中會反射兩次，這時我們就會看到在彩虹的外部還出現了一個彩色圓弧，那就是我們常說的霓虹的“霓”。霓的顏色與虹正好相反——“外紫內紅”。所以當我們再看見“霓虹”這個詞的時候要記得，霓和虹那可是兩個不同的彩色光環。

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，藍紫色光的折射角度大約只有40度。我們背對太陽時，如果把太陽光通過我們的后腦和眼睛連成一條直線，那么與這條直線呈40-42度夾角的地方，通常就是彩虹出現的位置。無數平行光線在水滴中射入射出，而最終能投射進眼睛，被我們看到的是與平行入射光線約成42度的光束集合體。于是，我們得到了一個以眼睛為頂點的圓錐體，而這個圓錐底面的圓弧就是彩虹啦！但是由于有地平線的遮擋，我們大多數時候看到的彩虹只能是半弧形的。如果你有幸在乘坐飛機時看到彩虹，這時因為視線中沒有地平線的遮擋，你就能看到一個漂亮的圓形彩虹，這才是彩虹的真面目！

展示完彩虹魔術，大家想想除了雨后，彩虹是不是也可能出現在其他場景中？只要有充足的水霧、有陽光剛好呈42度的照射，彩虹就會如約而至。所以，在瀑布周圍、在灑水車附近或用水霧澆花時，我們就經常能夠見到彩虹。

幻日

天空魔術師不僅會將陽光分解成七色彩虹橋，它還可以將太陽由一個變成多個，下面這個魔術就叫幻日。

我們都聽過“后羿射日”的故事，對我們來說十個太陽照射大地的情況只會出現在神話傳說中。但在西方，有一位天文學家還真的見過很多太陽同時掛在天空中的景象。那是在1661年2月的一天，太陽剛剛升起不久，天文學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景，突然，作為一位研究太陽黑子的天文學家，職業的敏感性使他察覺到當天的太陽有點兒不一樣。他定睛觀察，頓時大驚失色。原來，天空中竟然出現了七個太陽。當時沒有照相技術，赫維爾拿出紙筆，把他看到的景象畫了出來，太陽的位置、光弧的形狀全都標注得清清楚楚。后來，他把這幅奇怪的畫收錄在了他的著作《天邊孤獨的水星》中，后人將這幅圖稱作“赫維爾七日圖”。后來，很多人也都觀察到這種現象，驗證了其真實性，并為這種現象起了一個很炫的名字：幻日。

那么“幻日”這個魔術是如何變的呢？它用到的道具依然是光和水汽。只是，這時候的水汽不再是小水滴，而是無數凝結成六邊形的盤狀冰晶體。在重力的影響下，盤狀冰晶體在天空中整齊排布，就像一塊透明的幕布，當陽光射向這些冰晶的時候，它們會像三棱鏡一樣折射陽光，使光線向左右分別折射約22度。由此，我們會看到三道光從太陽的方向直射過來，同時映入眼簾的就是三個太陽。但其實，只有中間那個太陽是真實的，旁邊兩個都只是太陽的虛像，也就是幻日。

要出現幻日首先要有高層的卷云，因為有云才能形成冰晶。而且云層要薄，這樣光線才能穿透。其次，太陽的照射角度要小，這樣陽光才能被冰晶折射。而且陽光、冰晶與人眼的角度都要正好，這樣被冰晶折射的光線才能被我們看到。

幻日不太容易見到，但是另一種現象卻很常見，那就是“日暈”。日暈總是與幻日相伴而生，有時候我們看不到幻日，但可以看到日暈。日暈的成因與幻日非常相似，也是陽光經過空中的六邊形冰晶折射形成的。只是，這時候的六邊形冰晶變成了六邊形柱狀冰晶，而非盤狀了。當柱狀冰晶與陽光垂直時，光線經過冰晶的折射，會在太陽外面形成一個光暈，這就是日暈。夜晚，月光明亮也會形成月暈。

與幻日、日暈形成的方式相似，光線與不同的冰晶或者水滴發生折射，在天空中還會形成環天頂弧、環地平弧、幻日環等大氣折射現象。這些都是天空魔術師用光與冰晶、水滴造就的奇觀。

光柱

冰晶不但能折射光線，它還能夠反射光線。2015年12月30日晚上的內蒙古錫林浩特市，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，家家戶戶燈火輝煌。此時，窗外突然出現一條條直沖云雷、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，這如夢如幻的場景持續了近2個小時，城市仿佛變身成一座“童話小鎮”。這絢爛奪目的光柱準確說來就是大乞光柱現象。

天空魔術師在這個魔術中使用的道具依然是冰晶。在寒冷的時候，大氣上層的片狀冰晶會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，如果有從地面來的光照射到這些冰晶的底部，冰晶就會將這些光反射回去。當光線反射到我們眼中時，我們就會看到一個連接天地的光柱掛在天邊。

因為要從地面將光射向天空，因此，光柱現象一般都出現在太陽比較接近地平線的日出、日落時分。此時，我們會看到如聚光燈一般的光線照射天空。如果是人造光源，光的顏色會更加豐富，形成更為絢麗的光柱，就像錫林浩特市出現的那些夢幻光柱一樣。

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。但有時候，我們也會看到一條條如絲線一般的東西從云中垂下，這就是“雨幡”。為什么空中會出現雨幡呢？在云層中，有很多過冷水，這些過冷水已經低于零度，但因為沒有凝結核，所以它們無法凝結成冰晶，狀態很不穩定。當有飛機飛過或有其他大氣擾動情況時，這些過冷水的脆弱狀態就會被打破，于是它們就開始凝結成小冰晶或者小水滴，并開始下落。在下落的過程中，它們會隨風飄蕩，形成像旗子一樣的“雨幡”。云中一部分水汽變成冰晶下落了，這個空間中的水汽就不充足了，因此會形成一個空洞，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”。有時候，光線適當，這些雨幡中的小冰晶還會折射陽光，形成彩虹云，就又是一番盛景了。

綠閃

天空魔術師最后為我們表演的是一個富有傳奇色彩的大氣現象：綠閃。在電影《加勒比海盜3》中，大副說：“當一個生命回歸或離去時，天邊會出現綠光。”這里的綠光就是綠閃。很少有人見過綠光，但綠光象征幸運、幸福的美好寓意卻流傳甚廣。

綠閃只有在遙遠、低矮的地平線附近才能看到，持續的時間也只有幾秒鐘。曾經有很多人認為它不是真實存在的;還有一些人相信它的存在，但對于它的產生原因一無所知;而冒險家們則以看到它為傲。但其實綠閃出現的原理并不復雜，它和三棱鏡分解白光的原理是一樣的。太陽光到達地面，需要穿過地球的大氣層，而且在大氣層中會被折射。由于不同顏色的光折射率不同，它們就會分散，這就是色散現象。在白天的時候，太陽距離地球較近，太陽光穿過大氣層的距離就比較短，色散現象并不明顯。但是在日落時分，太陽光穿過大氣層的距離逐漸變長，色散現象也就變得更加明顯。這時，大氣層就像是一個翻過來的三棱鏡，陽光被大氣分解成了七色光，當綠色的部分落到人眼中的時候，我們就見到了綠閃現象，甚至還有更罕見的藍閃和紫閃現象。但也恰恰是因為我們看到的是被分解的光，因此它持續的時間會非常短暫，是真正的轉瞬即逝。

說了這么多，你有沒有發現天空魔術師變幻這么多種大氣現象其實只用了幾樣道具：陽光、水汽凝結成的水滴或冰晶。但是因為有了各種復雜的光學折射、反射、散射現象，這些平常的道具被變幻出了霓虹、幻日、日暈、光柱、雨幡、綠閃……看了天空魔術師這么多精彩的表演，下次天空中再上演魔術是，你是不是很快就能戳穿它的小把戲了？