夜空现不明光束?那是悬在天上的“灯柱”
  • 来源:数字北京科学中心
  • 2022-11-29 17:31

  漆黑的夜幕中,突然出现一条条光线,如同指天的利剑一般,竖直悬浮在天地间……

  这不是科幻电影,它就出现在现实生活中。

  前段时间,韩国济州岛济州市吾罗洞出现了数条这样的光束,它们在天空中停留了大约十分钟后渐渐消散。这些神秘的光束一经出现,便立刻引来大量网友围观,甚至还有人开玩笑说,这是外星人途径地球的时候发出的信号。

  面对网络上出现的各种奇怪猜想,济州气象局很快给出了官方解释:这种如同科幻电影般的景象,其实是渔船诱鱼灯发射出的光经过高空云层反射后形成的,是一种名为“寒夜灯柱”(light pillar)的大气光学现象。

  那么,什么是寒夜灯柱呢?它会出现在什么地方呢?


  利用镜面反射原理形成


  寒夜灯柱是一种很罕见的冰晕现象,它背后的科学原理并不复杂,简单来讲就是光的镜面反射现象,和我们小时候用镜子将阳光反射到天花板或者墙壁上是一个道理。

  当大气中存在大量水平排列的片状冰晶时,这些片状冰晶就如同一面面镜子。路灯、霓虹灯、汽车大灯等发射出的光被处在不同高度的片状冰晶反射,最终集合形成了一根根光柱,这就是我们所看见的寒夜灯柱。

  寒夜灯柱具有很高的观赏价值,绝美程度可以和极光比肩。由于二者通常都在北半球极寒地区出现,而极光的观看条件往往比寒夜灯柱更为苛刻,因此常有人把寒夜灯柱视作极光的“平替”。

  但从二者的形成原理来看,其实大不相同。来自太阳的带电粒子被地球磁场吸引,来到地球两极上空,它们与大气中的微观粒子相互碰撞,引发出大面积的自然放电现象。带电粒子的能量在释放的瞬间,会产生灿烂炫目的能量射线,这就是人们常说的极光。

  因此,不同于形式上较为“单一”的寒夜灯柱,极光的形状往往千差万别,而且还会不停地发生变化。此外,除了好看,极光自带的性质还会导致雷达和通讯设备的失灵。


  在靠近北极圈地区出现得更频繁


  尽管寒夜灯柱形成的原理听起来十分简单,但是想要让天空变成镜子,却需要满足十分苛刻的气象条件。

  首先,气温要足够低,寒夜灯柱通常出现在零下20摄氏度以下的极端低温环境下。与此同时,空气需要达到足够的湿度,而且无风,大气中才可能产生并保留大量水平排列的冰晶。

  根据灯柱的形成条件,我们不难想象,寒夜灯柱主要出现在极北地区的冬季深夜。除了这次在韩国济州岛现身,我国北方地区也曾出现过寒夜灯柱的景观,主要集中在内蒙古—大兴安岭一带。还有天象爱好者在青藏高原上看到过这一神奇的景观,这也证明青藏高原特有的高寒环境可以满足寒夜灯柱的产生条件。

  气温越低,大气中停留的片状冰晶数量就越多,对光的反射作用就越强,因此在一些靠近北极圈的国家(如冰岛、挪威、芬兰等),寒夜灯柱的景观就出现得更加频繁,场景也更加壮观。有时,数量繁多的“灯柱”在夜空中排列整齐,甚至能在夜空中清晰地勾勒出当地的街道。

  例如,在2016年,有摄影师曾经拍摄到芬兰某地的寒夜灯柱在城镇上空投射出街道的轮廓。

  这简直就是现实版的“天空之城”!


  【延伸阅读】

“灯柱”美景并非寒夜专属

  

  由于出现冰晶是形成“灯柱”的必要条件,人们一度认为温度较高的热带、亚热带地区是不可能出现这一景观的。

  然而,令很多人没有想到的是,自然条件下还存在一种和寒夜灯柱的形成原理类似的大气光学现象——暖夜灯柱。

  暖夜灯柱是一种出现在非极寒地区的灯柱现象,比寒夜灯柱更加罕见。2020年5月10日晚,我国厦门就曾经出现过一次,而当时厦门地表温度已经达到了25摄氏度。

  气象专家认为,夜间没有太阳辐射,地面是大气的直接热源,高空大气吸收的地面辐射少、温度低,当空气达到足够的湿度时,就可以满足冰晶的形成条件。

  然而,有了冰晶并不意味着暖夜灯柱一定会出现,要想看到它还必须满足无风、少遮挡等气象条件。首先,高空中的空气流动往往比地表更加频繁,因此“无风”状态也比地表更为难得。其次,夜空需要具备较好的通透性,低空没有明显的云雾遮挡才能满足暖夜灯柱的形成条件。

  最后,即使满足了上述所有的条件,还需要这片可遇不可求的冰晶刚好位于光源充足的城镇上空,才有足够的光线可供反射。

  总而言之,无论“寒夜”还是“暖夜”,想要看到灯柱现象都需要“天时地利人和”,缺一项都不行。

  (来源:数字北京科学中心)


责任编辑:胡利娟
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