VI.1. Giới thiệu hiện tượng:
VI.1.1.Hiện tượng mặt trời giả là gì?
Đó là hiện tượng xuất hiện cùng một lúc hai hoặc ba hay nhiều “mặt trời” cùng một lúc. Khi đồng thời xuất hiện 2 hoặc 3 mặt trời thì chỉ có 1 mặt trời thật còn lại là hư ảo được gọi l mặt trời giả. Trong đó mặt trời thật sáng hơn các mặt trời giả. Mặt trời ảo này thường xuất hiện trong lớp mây cuộn tròn. Loại mây cuộn này cách mặt đất khoảng 6000 mét, nhiệt độ rất thấp.
Mặt trời giả thường xuất hiện theo cặp nhưng đôi khi, chỉ có một mặt trời giả xuất hiện ở một trong hai phía của mặt trời thật. Chúng thường không có dạng tròn như mặt trời, mà được kéo dài ra theo hình một giọt nước mắt với đỉnh nhọn hướng ra xa mặt trời. Thông thường, ta thấy mặt trời giả vào khoảng sau giữa trưa hay sáng sớm, vào cuối thu, suốt mùa đông và đầu xuân. Ở Alska, những hiện tượng này thường được thấy vào lúc bình minh hay hồng hơn trong điều kiện trời nhiều sương.
Hiện tượng diễn ra lúc mặt trời ở gần chân trời, Sun dogs (Parhelia) gọi là mặt trời giả là các vùng sáng ở rìa.
.
VI.1.2.Các nơi xuất hiện mặt trời giả:
Năm 1550, quân đội của Carl V (Charles Quint), tiến công thành Madrid, bao vây thành này đến mức con chim bay không lọt. Đến tháng 4 năm thứ hai, đúng lúc trăm họ đang lâm cảnh đói rét, trên trời xuất hiện cùng một lúc ba mặt trời, ba mặt trời trong cùng ngày xếp thành một hàng, hai “mặt trời” ở hai bên còn mang theo “một thánh giá thập tự” phát sáng. Hiện tượng thiên văn thần kì đó làm xôn xao cả thành, trăm họ chạy đi chạy lại bảo nhau đều nói là “thượng đế sẽ đến cứu thành này”; kẻ xâm lược thì vô cùng hoảng sợ, cho là “sự báo trước của ý trời”, hoàng đế Carl V hốt hoảng ra lệnh rút quân, và như vậy là, ba “mặt trời” đã đuổi được quân xâm lược.
Tháng 4 năm 1551 quân địch bao vây Magdeburg của nước Đức, bỗng nhiên trên trời xuất hiện 3 mặt trời, kẻ địch cho rằng đây là điềm dữ bèn rút quân. Ngày 29 tháng 6 năm 1790 trên bầu trời ở ErosyBideburg bỗng nhiên xuất hiện 3 mặt trời và 2 vòng tròn ánh sáng gồm 7 màu đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím tạo thành. Mùa xuân năm 1948 trên bầu trời thành Poltava của Ukraine xuất hiện 2 mặt trời và đem theo 2 dải màu sặc sỡ bay trong không trung.
Hiện tượng thiên văn hiếm có này cũng đã xuất hiện ở Trung Quốc. Tháng 7 năm 1964, ở Nội Mông đã xuất hiện ba “mặt trời” các cụ giả ở địa phương cho biết tổ tiên của họ cũng đã nhìn thấy hiện tượng trên. Mấy năm gần đây, ở một số vùng của Trung Quốc lại liên tiếp xảy ra hiện tượng trên. Ngày 19 tháng 2 năm 1986, dân chúng thành Tây An ngạc nhiên thấy trên không xuất hiện năm “mặt trời”. Theo ghi chép thì tháng 1 năm 1934 ở Tây An – Trung Quốc trong hai ngày liền đã xuất hiện tới bảy “mặt trời”.
Vào lúc 3 giờ chiều ngày 14 tháng 11 năm 2007 tại thành phố Cáp Nhĩ Tân - Trung Quốc xuất hiện cùng một lúc hai mặt trời, chúng tồn tai trong 40 phút, mặt trời giả nằm ở phía nam mặt trời thật, từ từ mờ dần , mờ dần và khuất vào đám mây hồng và cuối cùng biến mất.
VI.2. Giải thích hiện tượng:
Hiện tượng thiên văn này tuy rất là hiếm nhưng không thần bí, chúng đều là những hiện tượng quang học bình thường. Hiện tượng này được nghiên cứu và giải thích là do sự khúc xạ ánh sáng của các tinh thể bụi đá trong các đám mây ở trên cao.
VI.2.1.Halo:
Xung quanh mặt trời có lúc xuất hiện một vòng, hai vòng và thậm chí rất nhiều vòng ánh sáng, thông thường là dự báo sắp nổi gió lên hoặc thời tiết thay đổi. Loại
Long Beach, California ngày 25-02-1994 Wrightwood, California ngày 14-01-1998 Tháng 3, 1990 tại Wrightwood, California 03-11-2007, Arctic Ocean of Canada Ngày 05-06-2008 ở Tampere, Finland Churchill, Manitoba ngày 04-02-2007 Lowa - January 27, 2004
hành tinh sáng như sao Kim, gọi là quầng sáng (halo). Quầng mặt trời, quầng mặt trăng đơn giản thường thấy, nhưng quầng mặt trời, quầng mặt trăng phức tạp thì hiếm thấy. Khi nhiều quầng tán xuất hiện và đan xen lẫn nhau, thì chỗ đan xen hình thành một điểm vô cùng sáng, nhìn rất giống mặt trời, đó là mặt trời giả. Vì hiện tượng đan xen này, mặt trời giả trông giống như mặt trời mang theo giá chữ thập.
Đối với người quan sát trên mặt đất cầu vồng có nhiều màu sắc hơn vầng hào quang (halo). Nhưng halo xuất hiện với nhiều hình dạng khác nhau, một số trong đó có một chút màu sắc. Đó là vì chúng được gây ra bởi tác động của ánh sáng mặt trời lên hai pha khác nhau của nước: nước đá và nước. Ánh sáng mặt trời khi kết hợp với giọt nước mưa sẽ tạo ra cầu vồng và khi kết hợp với tinh thể nước đá sẽ tạo thành halo. Vì vậy, khi bạn thấy halo bạn biết rằng nước đá tinh thể đã hình thành nhưng muối đóng băng không có khả năng này.
Hiện tượng vầng hào quang quanh mặt trời hay quanh mặt trăng được các nhà thiên văn thu thập khá nhiều. Dưới đây liệt kê 10 cảnh chụp ở những nơi khác nhau trên thế giới trong những năm gần đây:
Giải thích: Điều này xảy ra rất thường khi lớp mấy mỏng trên cao có chứa hàng triệu những tinh thể nước đá kết tụ che phủ gần kín bầu trời. Mỗi tinh thể nước đá là những mảnh gương nhỏ li ti. Vì phần lớn tinh thể này đều có hình cạnh lục giác dài và gần giống nhau, ánh sáng xuyên qua những mặt tinh thể này và bị bẻ góc 22 độ khi phản chiếu, tương ứng với đường kính của vầng hào quang. Hào quang mặt trời xảy ra ban ngày cũng tương tự như thế.
Moon halo ngày 21-04-2003 t ại Lansdowne, Pennsylvania, Hoa Kỳ.
Giải thích: Bầu trời tuyệt diệu được chụp ảnh gồm có vầng hào quang 22 độ cong, một vòng tròn phản chiếu toàn vẹn, một vòng cung quanh chân trời, và vòng cung chiều ngang.Một mô phỏng dùng computer bắt chước tấm hình rất hiếm có như trên đây. Mây che bới một phần ánh sáng chói lọi từ mặt trời. Ánh sáng phản chiếu qua nhưng mảng tinh thể nước đá hình lục giác đã tạo ra hình ảnh như thế. Những tinh thê đông đá ngoài tầng khí quyển cũng tạo nên sundogs và Moon halos (tạm gọi là "thiên cẩu" và "nguyệt lãng").
VI.2.2.Quầng sáng halo được hình thành như thế nào?
Bất kể quầng sáng đơn giản hay phức tạp, nguyên lí hình thành của chúng đều giống nhau khi trên cao lạnh trên mặt đất, hơi nước kết tinh thành nhiều hạt băng nhỏ, chúng trôi nỗi và phân tán trên không. Hình dạng mỗi hạt băng rất theo quy tắc, có hạt
Giải thích: Đôi khi dường như mặt trời được nhìn bằng một tấm kính to lớn. Trong tấm hình bên, thật sự có hàng triệu tâm gương bé nhỏ : những tinh thể nước đá . Khi nước đông lại trên từng khí quyện cao, những mảnh tinh thể dẹp, bé, hình lục giác tựu hình. Khi các tinh thể này rơi xuống đất, mỗi hạt giống như một tấm kính bé nhỏ, phản chiếu ánh sáng mặt trời cho chúng ta thây như thế. Tấm hình trên được chụp gần lúc mặt trời lặn trong tháng qua gần thành Nashville, Tennessee, Hoa kỳ. Phía sau những mái nhà và các ngọn cây, và bên trên đám mây thấp là cảnh hào quang tuyệt vời tạo nên bởi ánh sang mặt trời phản chiếu lên các tinh thể nước trên tầng khí quyển.
Ngày 09-03-2005 ở Nashville, Tennessee Ngày 16-05-2008 ở Château de Chambord in France Nov 2006 ở Mt. Hopkins, Arizona TPHCM, Việt Nam ngày 13-06- 2008
Sun halo ngày 14-01- 2002 ở Ames, Iowaa
Moon halo ngày 15-05- 2000 ở San Sebastian, Spain
Moon halo ngày 13-03- 2003 ở Caledon, Ontario, Canada
Ngày 11-04-2006 ở Gunlock, Utah
là miếng mỏng hình sáu cạnh, có hạt hình trụ thẳng sáu cạnh (lục lăng). Sau khi ánh sáng mặt trời hay mặt trăng chiếu vào các hạt băng nhỏ này, tia sáng lệch đi. Giống như ánh sáng trắng sau khi đi vào lăng kính ba cạnh thì góc khúc xạ của tia đỏ nhỏ nhất, góc khúc xạ của tia tím lớn nhất, phương hướng của mỗi tia đơn sắc đi vào mắt bạn khác nhau, khiến bạn nhìn thấy màu sắc khác nhau. Khi trên trời có nhiều hạt băng nhỏ và chúng được sắp xếp chỉnh tề, thì lúc các tia sáng màu với góc độ khác nhau đi vào mắt bạn, sẽ làm cho bạn nhìn thấy một vòng màu lớn ngoài tím trong đỏ nó xoay quanh mặt trời ở trung tâm hình thành quầng phổ thông.
Ta biết gặp lạnh ngưng kết thành những giọt nước nhỏ, còn có khả năng ngưng kết thành vài loại tinh thể khác, như hình chóp hai đầu nhọn, hoặc hình chóp có một đầu nhọn. Những tia khúc xạ từ những lăng kính này rất phức tạp. Có khi một tia tới có thể phân thành mấy tia phản chiếu không cùng phương hướng, khi những tia phản chiếu này đi tới mắt bạn sẽ làm cho bạn nhìn thấy nhiều quầng tán; khi những quầng tán này đan xen với nhau sẽ tạo thành những hiện tượng thiên văn phức tạp.
Dùng một phương pháp đơn giản có thể giúp bạn nhìn thấy quầng tán. Ban đêm trước hết hãy tắt hết đèn trong
phòng, hà hơi khẽ vào kính, hơi nước sau khi gặp lạnh trên kính sẽ ngưng đọng lại thành một lớp giọt nước nhỏ, đều. Từ trời tối đen đó nhìn qua lớp sương mù ấy ra một ngọn đèn sáng ở nơi xa ở bên ngoài cửa sổ, bạn sẽ thấy xung quanh chiếc đèn giống như một màu đó là quầng tán, nguyên lí hình thành nó giống như quầng tán trên trời, chẳng qua là nó được hình thành khi tia sáng qua giọt nước khúc xạ lệch nên không sáng bằng quầng trên không.
Tinh thể băng:
Có rất nhiều dạng khác nhau của các tinh thể băng, hầu hết chúng đều có dạng lục giác. Hình 13-2 biểu diễn đơn giản các dạng tinh thể băng quan sát được.
Platelet tạm dịch là dĩa đá giống như mặt phẳng có sáu cạnh (hình lục giác ). Nhờ vào dạng đĩa mà platelet rơi với mặt dẹt song song mặt đất, giống như một tờ giấy mỏng đang rơi.
Hình 13-3 cho thấy chuyển động rơi thông thường của một platelet và một tia sáng điển hình từ mặt trời chiếu qua. Trên thực tế, nó dao động quanh một trục nào đó. Những đường đứt nét cho thấy nó là một phần của một lăng kính nước đá. Sáu cạnh thường là các bề mặt tinh thể rất dẹt, và những bề mặt tinh thể này có thể dẹt hơn một mảnh thủy tinh. Sự tán sắc ánh sáng giống như lăng kính là nguyên nhân gây ra quầng sáng, dĩ nhiên, theo một cách phức tạp hơn.
Với rất nhiều những dĩa đá này, tia sáng đỏ đến mắt bạn có thể bị trộn lẫn với tia sáng cam gần đó hay tia sáng vàng và thậm chí là màu lục. Sự pha trộn màu sắc này có thể tạo ra màu trắng giống như một bầu trời sương mù đơn thuần.
Quầng sáng là kết quả của một số tính chất khác của lăng kính và góc khúc
xạ cực tiểu.
Với góc 600 ở đỉnh của 1 lăng kính được biểu diễn bằng cách mở rộng các mặt của tinh thể và hệ số khúc xạ của tinh thể băng (n=1.31) ta có thể tính toán được góc lệch cực tiểu là 21.840.
dụng chiết suất n= 1.306 đối với màu đỏ, n=1.317 đối với màu xanh dương tính toán được góc 21.54° và 22.37° lần lượt tương ứng với các màu đó. Càng vào viền trong quầng sáng sắc nét và đỏ dần với góc lệch cực tiểu cũng nhỏ dần và nó tạo thành từ các tinh thể ở gần hơn theo hướng của mặt trời hoặc mặt trăng. Viền ngoài của quầng sáng xuất hiện màu xanh nhưng ít đậm màu vì các bước sóng khác có thể khúc xạ ở góc đó.
Sự phân chia màu sắc của ánh sáng trắng trong một lăng kính là kết quả của sự tán sắc, sự biến thiên chỉ số khúc xạ của ánh sáng theo bước sóng. Chính điều này mang lại màu sắc cho mặt trời giả.
Một lăng kính khúc xạ hình học là 1 minh chứng thích hợp cho sự tán sắc ánh sáng và việc sử dụng các góc lệch cực tiểu cung cấp tốt nhất cho việc đo lường chỉ số khúc xạ của một vật liệu. Lăng kính phản xạ thì được sử dụng cho việc xây dựng hoặc thay đổi sự định hướng của một hình ảnh và tạo ra phản xạ toàn phần thay vì khúc xạ.
Ánh sáng trắng có thể bị chia cắt thành những màu sắc quang phổ của nó bởi sự tán sắc qua lăng kính. Những lăng kính thì được đặc trưng bởi những góc lệch cực tiểu
δ của nó. Độ lệch cực tiểu đạt được bằng cách điều chỉnh góc tới cho đến khi có tia
sáng xuyên qua lăng kính và song song với đáy của lăng kính.
Ứng dụng sự khúc xạ áng sáng qua lăng kính đối với tinh thể băng hình lục
lăng nhỏ đặt trong không khí:
Kết quả của sự khúc xạ - quầng sáng 220 thường được quan sát ở vùng thuộc vĩ độ bắc. Thực ra những tinh thể băng đó sẽ định hướng 1 cách ưu tiên theo chiều ngang khi phần sáng hơn của quầng sáng 220 đổ ra theo chiều ngang cả hai bên của mặt trời, những vùng sáng thường được gọi là mặt trời giả.
Nếu bạn có một lăng kính bằng thuỷ tinh hay nước đá và xoay nó quang trục, quang phổ tốt nhất sẽ được tìm thấy khi bạn giữ lăng kính tại một góc thích hợp giữa tia tới và bề mặt lăng kính. Xoay nó một chút về một trong hai bên, sự phân ly màu sắc sẽ yếu đi và góc tăng lên. Người ta chứng minh được góc cực tiểu này có giá trị 22o. Không có tia khúc xạ nào đi ra với góc lớn hơn 22o . Do vậy khi dĩa đá rơi và xoay cùng một lúc, góc phân tách màu sắc lớn nhất là 22o từ mặt trời.
Mọi dĩa đá ở giữa quầng sáng và mặt trời đều khúc xạ với những góc lớn hơn 22o, do vậy, phần bên trong quầng sáng thì tối hơn phần bên ngoài quầng sáng.
Cấu trúc Halo:
Hình 13-4 cho thấy hai dạng phổ biến nhất của quầng sáng. Quầng sáng 22o được hình thành ở những tinh thể băng nằm khá gần với người quan sát. Thông thường, tinh thể băng nằm càng gần, quầng sáng càng rõ và sáng. Vòng tròn bao quanh mặt trời gọi là Nhật hoa, thường được hình thành bởi giọt nước trong sương mù. Ở giữa quầng sáng 22o và mặt trời, ta có cảm giác bầu trời trong hơn và xanh hơn bình thường. Đối với người ở mặt đất, quầng sáng phổ biến nhất là quầng sáng 22o. Vòng tròn bao
Không nên nhầm lẫn 22o halo với quầng sáng bao quanh mặt trời hay mặt trăng (tạo ra do hơi nước hay tinh thể băng). 22o là số đo góc giữa halo và mặt trời hay mặt trăng. Trải rộng bàn tay, duỗi cánh tay của bạn ra sau đó dùng ngón cái che mặt trăng lại, ngón út của bạn lúc này sẽ cách mặt trăng khoảng 22o.(minh họa trong hình 13-4)
Vì hầu hết mọi người không nhìn lên trời nên chỉ những hiện tượng tương đối sáng đến được mắt. Những người thường xuyên quan sát bầu trời chắc chắn sẽ nhìn thấy những hiện tượng này. Hiện tượng này phổ biến nhiều nhất trong những tháng trời lạnh vì những quầng sáng dễ quan sát nhất là do những tinh thể băng nằm gần người người quan sát, và tầng đông đặc sẽ thấp hơn vào mùa đông. Trong thực tế, bạn ở càng gần các tinh thể băng, thì các quầng sáng này càng phân biệt rõ với nhiều màu sắc rực rỡ. Quầng sáng 22o được tạo ra do sự phản xạ ánh sáng qua những dĩa đá đang rơi và