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  对于天空中时不时出现的一些神秘的光,大家总是掩饰不住各种好奇心,想探究一下那到底是什么。虽然大多数时候人们看到的——比如傍晚天空中的亮点,常常是由于飞机以及排出的气体对阳光的反射造成;比如夜空中出现的一连串彩色的或移动的亮点,八成是夜光风筝——尽管看似蹊跷,但是都被一一破解。即便是被果壳自然控们捕捉到的那个 神奇的膨胀气泡 ,似乎也被各路高人揭开了重重面纱。

  不过,大自然总会展现一些出人意料的东西,不仅仅是飞机、风筝那样简单。比如,会跳舞的云:

  或许不等看完,你就会惊呼:那是什么?!如果你还没看出有何异常,不妨再看一遍,并且把目光集中到画面中部——稍亮的云和下面的暗云的交界处。

  对了。明暗交界处的云,仿佛是在舞蹈——突然膨胀,然后迅速收缩;某一部分突然消失,而某一部分又猛然变亮;最后钻到云层中,变成一道彩光,然后消失……

  这让你联想到了天外来客,驾驶着飞碟在成千乃至万米高空的云间做广播体操?或者迪士尼的《partly cloudy》(这部关于云朵的动画请看一楼)在云端真的存在?还是另有真相?

  先注意一下视频中下部的云,这是积雨云(cumulonimbus, Cb),我们对这样的云应该很熟悉,常常会在夏日午后看到它,伴随着雷电、阵性降水、阵性大风等天气。上半部分较明亮的云,是卷云(Cirrus, Ci),由细小且稀疏的冰晶(ice crystals)组成,所以比较薄而透光性较好,显得洁白而亮泽。

六角片状和六面柱冰晶( Walter Tape)/atoptics.co.uk

  构成卷云的冰晶就像一个个小的棱镜和镜面一样,对阳光进行折射和反射;当冰晶的形状和排列较规则时,这些折射和反射的光线会出现在特定的位置,形成各种不同的晕。

  常见的日晕:太阳被22度晕环绕,两侧为幻日;幻日环穿过幻日并延伸开来;上/下正切晕弧形位于太阳正上/下方,并与22度晕相接;环天顶弧在最顶端。右侧为形成这些晕的冰晶。图由HaloSim3软件模拟。 /atoptics.co.uk

斯德哥尔摩上空的日晕(2011.1.10 APOD)/nasa.gov

  视频中部稍亮的云(卷云)和下面的暗云(积雨云)的交界处的亮斑,就是卷云中的冰晶对阳光的折射、反射形成的晕(幻日,Sun Dogs)。由于这里的卷云正好和蓬勃发展的积雨云相遇,积雨云中携带着大量的电荷,形成的电场影响着卷云中冰晶,特别是较长的针状冰晶的排列方向。同时,积雨云间或进行着或大或小的放电过程,也就是我们熟知的雷、电;每一次放电,都会迅速影响云层所带电荷的数量和分布,改变周围的电场,也就会使原本规则排列的冰晶迅速改变排列方向,导致先前的亮斑(幻日)也发生形态和位置上的变化。这个过程反复、随机地一次又一次的进行,便形成了我们在一开始的视频中看到的奇怪现象。

  事实上,我们一开始看到在云层交界处发生的膨胀、收缩、变亮、消失等等过程,云层本身的形状、位置并没有的变化,变化的只有冰晶和被折射的光线。这个变化过程显得迅速、随机,而且初看视频的第一印象总会认为是云自身的移动。这样大尺度、迅速的移动,难怪会使人把它与“UFO”、“外星人”联系起来了。

  其实,这也只是对此现象的一个较为合理的解释。事实是否真的如此,我们也无法到达数千米高的云端去验证,于是便有各种科学家在实验室里模拟类似的条件,来验证这种解释的合理性。确切的说,是验证外加电场是否会对冰晶的排列产生影响。

外加电场对冰晶排列的影响/ sciencedirect.com

  左边两图是从不同角度观察一束光通过冰晶形成的“云”,所形成的光柱亮度均一;而当用一根带电的棒靠近光束时,右边两图从不同角度显示,在此时光柱的亮度变得不均一了。这是由于带电的棒改变了周围的电场分布,改变了冰晶排列方向,和对光的反射角度。

  那么,如何才能亲眼见到这种奇异的现象呢?说起来很简单:要有卷云形成日晕,有积雨云带来电场的变化,同时两者要比较接近,变化的电场足以影响卷云中冰晶的排列。说来容易,但若要这些条件都满足,并且能亲眼看到,那还是需要一定的运气的。

  不过,Youtube上的诸多视频表明,世界各地还是有许多人都看到过这种奇异的现象,并拍摄了下来。所以没准哪天抬头仰望,你就会发现,一场精彩的好戏正等着你呢!

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channelId 1 1 空中有朵会跳舞的云! 1 天空中的云朵,被捕捉到舞蹈的华丽场景——短短几十秒内,突然膨胀,迅速收缩;局部消失,又猛然变亮;最后钻入云层,变成彩光,彻底匿迹。UFO?外星人?不!这是大自然的一场好戏。