هالهٔ عجیب خورشید

بررسی

در آب و هوای بسیار سرد، گاهی کریستالهای یخ در هوا تشکیل و یا پراکنده می‌شوند. وقتی هوا خشک (و سرد) باشد این کریستالها به آرامی درست می‌شوند که باعث می‌شود شفاف و پاک از آب دربیایند. به دلیل نحوهٔ پیوند مولکولهای آب در حالت انجماد، کریستالهای یخ یک حجم شش ضلعی هستند. یعنی قاعده‌های آنها (کف و سقف) شش ضلعی است ولی وجه‌ها مستطیل شکلند. فاصلهٔ دو قاعده در بعضی از کریستالها کم و در بعضی بیشتر است.

الان برای سادگی فقط کریستالهای پهن را در نظر بگیرید و ابعاد تقریبی ۰.۳ میلیمتر را برایشان تصور کنید. وقتی این کریستالها تشکیل می‌شوند، در هوا شروع می‌کنند به سقوط کردن. در هنگام سقوط رفته رفته یک جهتگیری خاص را به خود می‌گیرند. در واقع وجه پهنشان روبروی جریان هوا قرار می‌گیرد، یعنی کریستالها با افق موازی می‌شوند. اگر در این حالت واقع شوند با اندکی تکان خوردن، جریان هوایی که از رو و زیر کریستالها عبور می‌کند آنها را به وضعیت قبل برمی‌گرداند. وجود چنین حالت پایداری باعث می‌شود تعداد زیادی از کریستالهای پهن یخ چنین وضعیتی (موازی با افق) به خود بگیرند.

وقتی پرتو نور خورشید از این یخهای شش ضلعی شکل عبور می‌کند، می‌شکند و از جهت اولیهٔ خود منحرف می‌شود. بعضی از پرتوهای منحرف شده از بعضی از کریستالهای یخ به چشم ما می‌رسند و در نتیجه ما در آن سمت، در ظاهر، یک منبع نور دیگر میابیم.

حالا کافی است به این نکته دقت کنیم که وقتی نور وارد یک منشور مثلاً مثلثی شکل می‌شود زاویهٔ حداقل انحرافش از رابطهٔ زیر بدست می‌آید.

در شکل بالا n صورت ضریب شکست ماده (در اینجا یخ) و n مخرج ضریب شکست هواست. ضریب شکست هوا تقریباً ۱ و ضریب شکست یخ ۱.۳۱ است. اگر زاویه رأس مثلث را ۶۰ درجه بگیریم، کمترین زاویهٔ انحراف این منشور حدود ۲۲ درجه درمی‌آید. بنابراین پرتو نوری که از این کریستالهای یخ عبور می‌کند، دست کم ۲۲ درجه منحرف می‌شود. یعنی پرتویی نداریم که کمتر از این منحرف شود. پس اگر خورشید دقیقاً روبروی ما باشد، اولین پرتوهای منحرف شده‌ای که می‌بینیم، ۲۲ درجه سمت چپ و ۲۲ سمت راست هستند. اینها همان هاله‌های نورانی هستند که قدری هم کشیده شده‌اند. به این هاله‌های چپ و راست خورشید، سگهای خورشید هم گفته می‌شود.

ممکن است بپرسید مثلث چه ربطی به کریستالهای یخ مسألهٔ ما داشت؟ مقطع آنها که شش ضلعی بود. آنوقت برای جواب باید به شکل زیر توجه کنید:

به این معنا که شش ضلعی داخل یک مثلث متساوی‌الاضلاع، به طوری که سه ضلعش بر سه ضلع مثلث منطبق باشد، جا می‌گیرد.

از آنجا که همهٔ کریستالهای در حال سقوط جهتگیری کاملاً افقی ندارند، در همان زاویهٔ ۲۲ درجه، نه تنها در چپ و راست بلکه روی یک دایره کامل، هاله‌ای ضعیفتر دیده می‌شود.

بد نیست اشاره کنیم که چون ضریب شکست درون یک ماده برای نورهای با فرکانس مختلف، مختلف است، رنگهای گوناگون نور با زاویه‌هایی کمی متفاوت می‌شکنند. بنابراین هر رنگ در جایی مخصوص خود روشنتر دیده می‌شود که دلیل تشکیل صورت رنگین‌کمانی هاله است.

بازتاب از سطوح کریستالها و وجود کریستالهای دیگر، انواع دیگر هاله‌ها را به وجود می‌آورد.

نتیجه می‌گیریم که این پدیده مطابق قوانین فیزیک و واقعی است.