大氣光象的種類十分多樣，在之前的文章中提到的都是冰暈。本文將介紹水滴及其他小顆粒形成的大氣光象，不包括各種虹（因為如果包括的話這篇文章就太長了）。
一、水滴相關
1。華（corona）
本人於2018年7月7日在柏林拍攝到的日華
華是由光的
衍射（diffraction）
形成的。空氣中的水滴、冰晶甚至是花粉、火山灰、馬勃釋放的孢子等都能形成不同形態的華，相關內容將在下文介紹。這裡主要介紹水滴形成的華。
水滴的直徑越小，華的半徑越大；反之亦然。而云層中水滴的大小越均勻，所形成的華就越鮮豔。
眾所周知，太陽光是由多種色光組成的，而光線發生衍射時，光的波長與偏向角成正比，波長越長，偏向角越大。紫色光波長最短，偏向角最小；紅色光波長最長，偏向角最大，所以華光環的顏色呈內紫外紅，各種顏色按照彩虹色的順序依次排列。
各種色光的衍射，圖片來源：百度百科（實在不該用萬惡的百度百科，但是我沒找到其他比較直觀的圖片，在此謝罪）
英國大氣光學專家Les Cowley開發了一款軟體可以模擬華、寶光和
霧虹（fogbow）
，名為IRIS。下載地址見此：
另外值得一提的是，2017年3月12日，我國雲南曲靖市會澤縣出現了一次令人匪夷所思的巨型日華。
它的直徑大約為40-50°，遠遠超過正常日華的大小，與22°暈相當！
會澤縣出現的巨型日華，拍攝者不詳
大家可以對比一下本人拍攝的普通日華。上圖中的日華在大小和色彩方面都足以讓人咋舌。要形成這麼大的日華，很容易想到空中的水滴直徑得很小。但由於光的波長原因，形成華的水滴直徑不能小於4。8微米，不然形成的華的顏色就會有缺失，與圖片不符（使用IRIS可以證明這一點）。但即使是4。8微米的水滴，也仍不足以形成如此巨大的日華。再加上這樣微小的水滴幾乎不能長時間存在，而目擊者表示上圖中的華持續時間長達數小時，這更是增加了它的神秘程度。至今，科學家仍然無法解釋它。
2。虹彩雲（iridescent clouds）
當雲的一部分十分稀薄，並有著大小相似的水滴時，衍射可以使它像華一樣發出彩色的光，這就是虹彩雲。
虹彩雲的本質是華的碎片
。
虹彩雲，來源見水印
虹彩雲常常出現在高積雲、捲雲，尤其是透鏡狀雲上。當雲正在形成的時候，虹彩雲較容易出現，因為那時候所有的水滴都具有相似的大小。
有一種十分罕見的虹彩雲叫做
珠母雲（nacreous clouds或mother-pearl clouds）
。它們能發出非常明亮的光，出現在平流層。有時火箭的尾氣也能形成虹彩雲。
3。寶光（glory）
寶光，又被稱為佛光，由於在德國的布羅肯山（Mt。 Brocken）尤為多見，因此也被叫做“
布羅肯幽靈（Brocken spectre）
”。
寶光，來源：視覺中國
寶光出現在對日點，有一個明亮的中心，四周圍繞著如華一般彩虹色的光環，像華一樣，它也可以多層地出現。
一個觀察者觀察到的寶光一定由自身（或自身所在的物體，如飛機、熱氣球等）形成。不同的觀察者在同一時刻、同一地點看到的寶光不是同一個寶光。
簡單的衍射理論不能解釋寶光的形成。通常而言，紅光進入水滴經過兩次折射和一次反射後從水滴中射出的路徑比要求的180°偏離了14。4°。想要解釋寶光，需要考慮
表面波（surface waves）
。
表面波效應可以使光在折射和反射時沿著水滴邊緣傳播一段距離。但它衰減非常快，所以只能使光沿著水滴邊緣傳播一丁點距離。但考慮到折射和反射帶來的放大效應，足以消除那14。4°角。
4。草露寶光（heiligenschein）
草露寶光是一種出現在對日點的白色輝光。
草露寶光，Harald Edens攝
草露寶光顧名思義，是由植物葉尖的露水產生的。與寶光不同的是，它的形成並不依賴於衍射。
球形露珠起著透鏡的作用，將太陽光帶到粗糙的焦點上，大約是其直徑的20%，超出其後表面。一些水滴停留在植物的小毛尖上，不接觸葉表面。當水滴和這些小毛尖具有合適的尺寸時，陽光就會集中在葉子上的一個亮點上。從光斑發出的光向各個方向散射，但有些光透過水滴返回了。因此，露水在對日點明亮地發光，形成草露寶光。但如果草坪或田野足夠大，檢查離對日點約40°的距離，你有可能會看到
露水虹（Dewbow）
。
另外，草露寶光很容易和
乾燥寶光（Opposition effect）
弄混。乾燥寶光是由礦物晶體、結構性土壤等的散射形成的，與水滴無關。
5。反射寶光（reflection glory）
反射寶光是一種罕見的水滴光學現象。
反射寶光，Marko Riikonen攝
通常的寶光出現在對日點周圍，而反射寶光出現在反日點周圍。
這種奇特的現象是由被湖面等向上反射的太陽光線被微小的水滴反射並衍射形成的。詳情見上文“寶光”。
二、其他小顆粒相關
注意！
從這裡開始，之後的現象都不是由水滴形成的，但它們的形成與水滴光學現象有相通之處，所以放在一起介紹。
1。池藻寶光（algal glory）
池藻寶光是指由池塘中的藻類形成的寶光現象。
池藻寶光，Marko Riikonen攝
有兩種藻類可以形成池藻寶光，它們是
Nautococcus
和
Chromophyton
。這是因為它們的形態很像水滴，可以利用衍射和表面波效應形成寶光。
能夠形成池藻寶光的藻類形態，Marko Riikonen攝
有時多種現象能共同出現在同一池塘，它們是：
寶光
（映）華
霧虹（浮游植物膜中需含適量的氯）
奎特萊特環
冠
沼澤地中經常會有合適的水池以形成池藻寶光。觀察池藻寶光時要注意儘量避開樹蔭和風，並選擇天氣晴朗的日子。
2。冠（kruunu）
冠是一種極罕見的光學現象。
全家福~其中“kruunu”即為冠，Marko Riikonen攝
只有藻類
Chromophyton
能夠形成冠。它表現為圍繞天底的彌散白色分叉（熟悉冰晶暈的朋友是否想到了Ounasvaara弧？）。
這種光學現象實在是太少見了，找了很久也只有這點資料，人類對它瞭解不多。它甚至沒有英文名稱。
3。奎特萊特環（Quételet rings）
你已經在“冠”一節中的那張圖片中見過奎特萊特環長什麼樣了。那麼它究竟是何方神聖？
透過積滿灰塵的鏡子看到的由金星和木星形成的奎特萊特環，圖中也可見到華，Laurent Laveder攝
其他光源，如太陽、月亮、燈等，也能形成奎特萊特環。在積塵或潮溼的窗戶和鏡子上可以找到它們。有時候，表面漂浮著花粉和塵土的湖泊也能形成奎特萊特環。
僅當反射面上有小顆粒時才能看到奎特萊特環，因此，
在天空中永遠無法觀察到它
。
當微米級的微粒或水滴停留在反射面或處於反射面附近時，就能產生彩色的奎特萊特環。
光會沿著兩種路徑來到人的眼球，如下圖所示。
光會沿著兩種路徑來到人的眼球，Les Cowley製圖
顆粒或水滴將入射光線散射成一系列出射球面波。兩組波會產生重疊、合併。它們如果同相，則增強並顯示出彩色；如果異相，則相互抵消。因此奎特萊特環看上去就像水面的漣漪。
4。花粉華（pollen corona）
花粉華是一種特殊的華。
月花粉華，P-M Hedén攝
上面已經提到，華是由衍射形成的，因此空氣中造成衍射的小顆粒是否透明並不重要。
每年的特定時刻，開花植物會釋放大量的花粉。同種花粉的尺寸通常十分相近，是形成花粉華的理想顆粒。但與水滴不同的是，花粉不是球形的，其中還有的長有氣囊，使它們在空氣中漂浮時，會有著特定的姿態。因此，花粉華呈拉長的橢圓形，有時還帶有亮斑。
比起水滴而言，花粉的尺寸較大，因此花粉華的半徑很小，十分靠近太陽，在觀察時更需要注意遮擋太陽以保護眼睛。也可以在池塘反射的太陽周圍或透過深色玻璃觀察它們。
5。異常華（anomalous corona）
異常華指外觀與形成原理與一般的華明顯不同的“華”。
異常華，其表現為太陽周圍的橙色輝光，Matias Takala攝
異常華通常是由大氣汙染物形成的。
6。畢旭甫光環（Bishop‘s ring）
畢旭甫光環，有時翻譯為“主教光環”，是一種與大氣中的微粒有關的現象。
畢旭甫光環，Marko Riikonen攝
畢旭甫光環的中間呈蒼白色，周圍分別有一個淺藍色和一個橙色的暈狀光圈。畢旭甫光環的外緣通常與光源成25-30°角，但可能大得多，也可能小得多。
要形成畢旭甫光環，大氣中必須有大量小於微米的小顆粒。微粒可能位於大氣最底層的對流層中，也可能位於其上方的平流層中。
森林火災釋放的煙霧可以形成短時間的位於對流層的畢旭甫光環。而平流層的畢旭甫光環主要與火山爆發和上文提到的珠母雲有關。一般來說，珠母雲形成的畢旭甫光環只在冬季出現。而在猛烈的火山噴發中，噴發雲可以到達平流層，可能會產生持續時間很長的畢旭甫光環。上一次發生這種情況是在1991年皮納圖博火山爆發之後。噴發雲在全球平流層中擴散。由於雨水主要位於對流層，無法及時淨化平流層，因此噴發氣體中的硫酸液滴在那裡停留了很長一段時間。
可以透過凸面鏡觀察畢旭甫光環，具體的方法可以是透過光滑金屬球表面的反光觀察。它可以壓縮視野，使彌散的畢旭甫光環在視野中凸顯出來。
7。對日點衍射光柱（subanthelic diffraction pillar）
對日點衍射光柱由Marko Mikkilä最先發現。2012年1月9日，他在芬蘭的西維（Sievi）利用鹵素燈尋找冰暈，零下15攝氏度的空氣中充滿了鑽石塵。
對日點衍射光柱，下方的黑色陰影是觀察者照相機，Marko Mikkilä攝
此後，在Miko Aho、Ágnes Kiricsi和Marko Riikonen之前拍攝的發現影象中也發現了對日點衍射光柱。它出現在對日點，兩側有彩色的條紋。
對此，冰暈專家起初感到十分困惑。這不是任何已知的冰暈種類，甚至無法使用光線追蹤軟體進行模擬。當然，這不是絕對的證據，因為許多冰暈仍然在等待解釋。
探究其形成的重要線索是它兩側淡淡的彩色條紋和它處於對日點的位置。這暗示了它可能是由衍射和散射形成的。在圖片中，你可以看見照相機的陰影。這令人想起了寶光。
較小的非球形物體，如花粉粒、冰晶，會產生非圓形的衍射圖樣，但不會伸長成柱狀，也不會與太陽相對。
但是，從當時同時出現的冰暈中還可以看出，它可能是六稜柱冰晶形成的。為了驗證這種可能，法國專家Nicolas Lefaudeux介入並應用了
時域有限差分法（Finite Difference Time Domain，FDTD）
進行計算，這一技術用於計算複雜光子晶體的散射。
FDTD基於麥克斯韋方程。使用時必須採用足夠小的計算網格來描述光波，並且也必須包含巨大的散射冰晶。因此，計算量需求同樣巨大！計算很自然地包含了折射、衍射、表面波等。使用該方法可以準確預測我們在宏觀世界中看到的現象。
利用寬32微米、厚2。5微米的六稜柱冰晶可以模擬出這種現象。改進冰晶模型，特別是使用大而薄的冰晶，能進一步改善匹配度。
因此，幾乎可以肯定，這一現象是由定向的六稜柱冰晶的反向散射效應形成的。它被臨時命名為“對日點衍射光柱”。
內容部分涉及到以下網站：
· OPOD
· Taivaanvahti
本文最先發表在科創論壇上。有刪改。
Sawa 薩瓦
2020。3。25於科創論壇
2020。12。27於知乎
