广东绽放“天空的微笑”！关于冰晕奇观，深度科普来了
广东绽放“天空的微笑”！关于冰晕奇观，深度科普来了
7月8日傍晚，广东河源紫金上空出现了一道令人惊叹的自然奇观——"天空的微笑"，这其实是一种名为"环天顶弧"的天文现象，也被称为"倒挂的彩虹"。这种现象属于冰晶晕的一类，是由大气中的冰晶折射和反射光线所形成的光学现象。
什么是冰晶晕？
冰晶晕，又称大气晕族或冰晕，是一类由大气中的冰晶折射和反射光线所形成的光学现象，表现为天空中出现的白色或彩色的光环、光斑和光弧。冰晶晕的种类多样，形态丰富，具有很高的观赏价值。
冰晶晕的形成原理
冰晶晕的形成与光线在冰晶中的折射和反射密切相关。当光线依次通过晶体的两个面（一个面射入，一个面射出）时会发生两次折射，入射面、射出面会形成一个夹角，而入射光线和射出光线也会形成一个夹角，叫作"偏向角"。偏向角存在一个最小的偏转角度，在这个角度上出射光线最为密集，被称为"最小偏向角"。而最小偏向角的大小又与入射面、射出面的夹角大小相关。
接下来，我们将以冰晕的"最小偏向角"进行分类，介绍几种相对容易被观测到的冰晕类型。
22°冰晕（入射面、射出面夹角60°）
当光线从六棱柱冰晶的一个侧面射入，从相间的一个侧面射出时，此时入射面、射出面夹角为60°。经过计算，此时光线的最小偏向角约为22°。
22°晕（小晕）
22°晕是最常见的一种冰晕，一般出现在春夏季节，也被称为"小晕"。我们常说的"日晕"大部分都是指它。
今年的4月10日是"龙年龙月龙日"，当天深圳天空出现的日晕就是22°晕。在太阳的周围能看到一圈明显的光圈，日晕的颜色顺序是从内向外依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
深圳之所以出现22°晕，是因为在5000到6000米的高空中，出现了由冰晶构成的卷层云。云层中冰晶含量越高，阳光产生折射后，所呈现的"日晕"形状就会越小，光环也就越显著，更容易让人观察到。
因为很常见，所以全国南北都有网友发现过它的踪迹：
22°幻日
22°幻日在我国也比较常见。2019年12月31日8时左右，吉林扶余市的一些居民看到天空中出现了3个"太阳"，引发网友关注。
22°幻日，就是上图中居于太阳两侧的两个对称的亮斑。
它的出现条件比22°晕苛刻了些：首先需要零下20℃以下的低温；其次，出现的时间多是在日出之后到上午这个时间段；此外，空气中还要有比较丰富的冰晶。
可能有小伙伴要提问了：出现22°幻日的时候，也能隐隐约约看到一个光环，22°幻日有没有可能出现在22°晕上？
答案是：会！当太阳高度较低时就会出现这种情况。在2023年2月2日，北京天空就出现22°晕和22°幻日同时出现的情况，甚至"天空的微笑"也出来露了个面。
22°弧（上/下切弧）
上/下切弧也可叫作22°弧。上/下切弧是常见冰晶晕里形态最特殊的一种，形态受太阳高度影响极大。太阳高度较低时，它们是分离的"V"字形光晕，分别居于22°晕的上下两侧。
外接晕是上/下切弧的一种特殊形式。当太阳高于约35°时，二者连为一体，变成套在22°晕周围的类椭圆形的晕圈，称为外接晕。太阳越高，外接晕就越圆。外接晕和22°晕同时出现时，其强度通常要高于后者。
46°冰晕（入射面、射出面夹角90°）
当光线从六棱柱冰晶的一个底面射入，从一个侧面射出时，此时入射面、射出面夹角为90°。经过计算，此时光线的最小偏向角约为46°。
46°晕（大晕）
与22°晕相对应，22°晕是小晕，而46°晕就是大晕。相比22°晕，46°晕要罕见许多。它较为暗弱，也更加难以被注意到。2023年2月2日上午10时，北京上空突现组合冰晕，46°晕也难得出现了。
想要观测到46°晕，或许只能在出现较强的22°晕时留意了。
环天顶弧
环天顶弧，顾名思义就是环绕"天顶"的弧，表现为靠近天顶的接近半圆的彩弧，颜色上蓝下红。它在外观上类似彩虹，但不同的是，彩虹是通过水滴折射形成的。
弧的大小常会随太阳高度变化而变化，太阳越高，弧半径越小；当太阳高度高于32°时，它就消失不见。所以在中纬度地区，环天顶弧主要出现在早晨和傍晚。
环地平弧
环地平弧，顾名思义就是环绕"地平（线）"的弧。它与地平线平行，颜色上红下蓝。环地平弧又称"日载"或"日承"现象，民间也有彩虹云和火焰彩虹的说法。
有读者可能发现了，环地平弧和环天顶弧的颜色刚好是反过来的。
这是因为，形成环地平弧的光线是从冰晶的侧面进入，在底面射出；而形成环天顶弧的光线是从冰晶的上平面进入，在侧面射出。
环地平弧更多出现在中午前后，且主要出现在夏季的中纬度地区，越往两极越少见。
上/下侧弧
上/下侧弧表现为太阳上部、两侧或下部的彩弧。它们的色散程度高，色彩非常鲜艳，非常容易被误认为彩虹。
上侧弧与46°晕有时也容易混淆。区别方法是，46°晕是正圆形，而上侧弧的曲率与其有差别。上侧弧通常比46°晕更为显眼。
下侧弧与环地平弧相切，有时也难以分辨。当两者同时出现时，下侧弧的两端一般居于环地平弧之上。
包含反射的常见冰晶晕
这些冰晶晕的光路中包含反射，但是它们的光路相对简单，出现频率也比其他罕见冰晶晕高得多。所以在这里，也做一些简单介绍。
幻日环
幻日环贯穿太阳，是与太阳高度一致的白色圆环，古代所说的"白虹贯日"说的就是它。它的大小会随太阳高度发生巨大的变化：太阳较低时居于地平线附近，环绕全天；太阳较高时收缩得很小，甚至可以完全处于22°晕以内。
2022年4月7日11时30分左右，辽宁海城天空就曾出现过幻日环，太阳犹如闪闪钻石镶嵌在光晕上。
日柱
当气温很冷时，冰落地会成平板状。若这时太阳正好升起或落下，冰晶反射的阳光就几乎完全垂直，从而产生日柱效应。
2016年12月26日，内蒙古自治区锡林郭勒盟19时30分曾出现日柱现象，持续了两个小时。当时室外气温为零下20℃，天晴无风，利于观测。
映日
映日是一种出现于地平线以下（当光源在地平线以上时）的冰晶晕，因此要想观测到映日，最佳的地点是飞机上或高山地区。
映日出现在太阳的正下方，与太阳到地平线的距离相等，是一个明亮的光斑。
冰晕奇观，一文写不完
大自然的鬼斧神工让人惊叹，一篇文章也难以囊括所有的冰晕。本文按"最小偏转角"分类，也仅挑选了相对常见的22°、46°进行介绍，还有9°、18°、20°、22°、23°、24°、35°等视角的冰晕。根据分类方法的不同，还有Parry弧、Lowitz弧等冰晕。
此外，不同的冰晕偶尔也会组合着"打包"出现，由此带来形态丰富的罕见天文奇观。比如前不久，5月19日甘肃陇南就曾出现22°晕和环地平弧同框的现象。
2021年1月15日，内蒙古呼伦贝尔市牙克石市图里河镇出现罕见组合冰晕，不仅出现了幻日和环天顶弧，而且出现了幻日环、Parry弧、Lowitz弧、22°日晕、上侧弧和上切弧。
2022年1月9日，新疆赛里木湖上空出现了罕见绝美的冰晕现象——特里克尔反日弧，这种现象也有个超级霸气的名字——万华镜旋之空。特里克尔反日弧的光路曲折，产生需要大气冰晶极多、质量奇高，折射的光线光学强度非常强。据统计，万华镜旋之空在我国有记录以来仅出现5次，足见其稀罕。