“毅力”号发现：火星上的22度晕！

原标题:毅力新发现:火星上22度光环！》

地球时间2021年12月15日，正在火星表面执行任务的火星车不屈不挠号拍摄了几张罕见的照片，照片显示在火星上也可以看到特殊冰云折射太阳光造成的光学现象——22度光晕这是人类探测器首次在地球之外观测到这一现象

不屈不挠号火星车拍摄的光环图1)

由来自科罗拉多空间科学研究所的科学家Lemmon(注意，不是Lemon)组成的研究团队于2022年8月在美国著名地球物理研究期刊《地球物理研究快报》上发表了这一发现。

光环及其分类

光晕，又称光晕，白虹，是一种大气光学现象光晕是光线(阳光和月光)通过富含冰晶颗粒的云层散射形成的光弧，光圈或光斑可分为22度晕，46度晕，日晷，幻日(近/远)，环天顶弧，环地弧等根据形状和外观位置的不同不同种类的晕在观察时有不同的困难一般来说，22度晕最常见，其他种类晕亮度较弱或者是因为观察角度的原因，往往需要更多的条件去观察它们，有时甚至会成为一些进入新闻的奇观

部分物种晕的分布

为什么叫22度眩晕这是以光环的观看半径命名的在天气条件好的情况下，大气中的纯冰晶颗粒多为六棱柱体根据几何光学计算，当光从六角棱镜的一侧进入，然后从另一侧折射出射时，折射角约为22度在46度光晕的情况下，光线从六棱柱的侧面进入，经过折射后从顶/底面出射，或者正好相反，折射角约为46度自然情况下，冰晶侧向面对阳光，光线侧向进出，但很少穿过顶/底面，所以22度晕比46度晕强很多，更容易观察到

2度晕和46度晕成因的简单概念图

其他种类的光晕也是由于光线通过六角棱镜或复杂的六角棱镜组合折射造成的大气冰晶的形状分布和排列方向往往不是随机的，而是有一定的排列规律或主导成分在某些特定的天气条件和场所，来自某个方向的折射光变强，相应的光学现象也变得更加明显

中学时，我们在《唐菊不辱使命》一文中学到了一个不祥之兆——一道白色的彩虹贯穿太阳这里说的天象，其实就是神奇的太阳弧它刚好穿过太阳，与22度光晕相交产生幻日，故名现代应该意识到这是一种可以用光学原理解释的科学现象，并不是不祥之兆

有时神奇的太阳非常明亮，与真实的太阳不相上下，仿佛天空中出现了几个太阳，因此得名在晴朗的冬日，大气中富含微小干净的冰晶颗粒，22度的光晕和神奇的太阳弧异常清晰，交汇处的神奇太阳变得异常明亮，因此成为奇观

太阳柱是一个垂直出现的光晕，就像横过太阳的光柱。

当太阳的高度角很低时，可以看到环天顶弧(也叫太阳负荷)。

如果视野足够开阔清晰，太阳的高度角较高，纬度不超过58度，就可以看到环地弧(太阳圈)。

上切弧或外切弧是位于22度晕上方切线处的晕有时在上切弧上方有一条与22度晕几乎平行的弧，称为佩利弧英国探险家威廉·佩利爵士首先发现并详细描述了它

几种罕见的日晕火星上很少有日晕。

在了解了地球上的光环之后，我们将视角转向火星为什么火星上的光环很少历史上有很多火星车，比如好奇号，机遇号等等，都曾经着陆工作过很长时间，但是从来没有出现过日晕虽然火星大气稀薄，有云，但其中的主要成分不仅仅是水，还有一些干冰火星上经常出现沙尘暴等恶劣天气，能够稳定显示冰晶散射的气象条件并不多见至关重要的是，此前的许多研究表明，火星大气缺乏形成大尺寸规则六棱柱冰晶粒子的条件，而光晕的产生需要波长远大于可见光的六棱柱冰晶粒子，才能满足几何光学近似

火星上的云

参考库珀的好奇号等火星车的观测数据，获得了一些六棱柱冰晶存在的证据，但这些冰晶的数量极其稀少锲而不舍号意外拍摄到的光环，使科学家们能够确认火星上也存在大型冰晶云，并对火星气候和火星冰云的形成及分布特征有了新的认识

参考数据

火星上的水冰云中形成了六棱柱，产生了毅力漫游者看到的光晕显示地球物理研究快报49.17 (2022): e2022GL099776

实验室和大气中冰晶的形成《化学评论》44.2 (1949): 291—320

温迪施，曼弗雷德和杨平大气辐射传输理论:综合介绍约翰·威利amp儿子们，2012

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卡恩拉尔夫火星云的空间和季节分布以及一些气象学意义地球物理研究杂志:空间物理学89A8 (1984): 6671—6688