夜光云是如何形成的

神秘的夜光云

夜光云是一種罕見的云團(tuán)，是迄今為止科學(xué)界了解最少的氣象現(xiàn)象之一，它一般只在寒冷的高緯度地區(qū)露臉。但是，近年來，夜光云越來越多地出現(xiàn)在低緯度地區(qū)，并且越來越亮，越來越頻繁。在太陽落山后30～60分鐘，即當(dāng)太陽在地平線以下6～16度時，面朝西方，如果你在天空中看見了白藍(lán)相間的波紋狀發(fā)光云彩，那么你就很有可能看到了罕見的夜光云。

夜光云又被稱為極地中氣層云，當(dāng)它們從外層空間被看見，就被稱為“夜耀云”；從地球上看見，就稱為“夜光云”。它是一種形成于中間層的云，距地面的高度一般在85千米左右，位置非常之高，這種罕見的云只有在50～70度的高緯度地區(qū)夏季才能看見。

夜光云看起來有點(diǎn)像卷云，但比它薄得多，而且顏色為明亮的銀白色或藍(lán)色，出現(xiàn)在日落后太陽與地平線夾角在6～16度之間的時候。這個夾角本身倒沒什么疑問，因為時間太早會因為夜光云太薄弱而看不見，而時間太晚它又會沉到地球的陰影之中去。

人類觀測到的月光云

1885年，人類第一次注意到這種特殊的能在黑夜里發(fā)光的云。而近年來，夜光云的出現(xiàn)更是頻繁。美國弗吉尼亞州漢普頓大學(xué)大氣物理學(xué)家吉姆·拉塞爾表示，與以往相比，現(xiàn)在，夜光云出現(xiàn)得更為頻繁，時間更長，緯度也更低……夜光云究竟是何物？

它肯定不是一般的云，因為一般的云怎么也不會飛過對流層，越過平流層，而穩(wěn)居在空氣稀薄的中間層，它也不像是變幻莫測的極光，因為夜光云有云的紋理……這樣的云肯定不一般。

夜光云的成因之謎

有人認(rèn)為它們是火山噴發(fā)物或成群結(jié)隊的大氣塵埃，因為只有它們才有可能飛那么高。而美國海軍研究實驗室的科學(xué)家邁克爾·史蒂文斯則認(rèn)為，夜光云可能跟航天飛機(jī)發(fā)動機(jī)噴出的火箭煙塵有關(guān)。

目前最主流的理論認(rèn)為，夜光云是由極細(xì)的冰晶所構(gòu)成的。構(gòu)成夜光云的冰晶直徑一般為50納米，陽光反射在這些微粒上，使其只有當(dāng)天空其余部分暗下來的黎明或黃昏時分，才能被看見。這種效果就好像在太陽部分落下后看一架在高空中飛行的飛機(jī)反射陽光一樣。

現(xiàn)在一般認(rèn)為，要形成夜光云一般需要三個條件：低溫、水蒸氣和塵埃，這樣水蒸氣才能凝結(jié)成極小的冰晶。近年來，夜光云已經(jīng)蔓延到緯度40度附近也能看到，而且出現(xiàn)的次數(shù)越來越多，也越來越亮。這引起科學(xué)家們的強(qiáng)烈關(guān)注，有人擔(dān)心這是地球大氣變化的前兆。

據(jù)觀察，南北兩個半球的夜光云之間存在著很大的不同。北半球上空的夜光云看上去比南半球上空的要明亮一點(diǎn)，出現(xiàn)的緯度也更低。在北半球，從5月15～8月20日經(jīng)常有夜光云，其中最頻繁的是7月初。美國科羅拉多大學(xué)的科拉·蘭德爾表示，越來越多的溫室效應(yīng)氣體，比如二氧化碳，使低海拔地區(qū)的氣候變暖，使高海拔地區(qū)的氣溫下降，進(jìn)而為高空中夜光云的形成創(chuàng)造了條件。另外，高含量的溫室效應(yīng)氣體，實際上會導(dǎo)致在高空形成更多的水蒸氣。蘭德爾說，低溫和更多水蒸氣的存在是導(dǎo)致多數(shù)夜光云更為頻繁現(xiàn)身的原因。這說明地球大氣在變化。

揭開夜光云神秘面紗

2007年4月25日，NASA發(fā)射了“中層大氣高空冰探測”衛(wèi)星，試圖去探究潛伏在地球高緯度地區(qū)上空的神秘夜光云。

這是人類第一次專門研究夜光云的太空行動?！爸袑哟髿飧呖毡綔y”衛(wèi)星，最終進(jìn)入了地球上空大約600千米處的一條極軌道上。衛(wèi)星上裝備了3套科學(xué)儀器，在接下來的兩年時間里，專門對地球兩極的神秘夜光云展開觀測，以解釋夜光云是如何形成的、為什么近年出現(xiàn)的頻率增加是什么原因使其出現(xiàn)的緯度在降低，以及它們的出現(xiàn)是否與氣候變化有關(guān)等。

我們等待著“中層大氣高空冰探測”衛(wèi)星的最終探測結(jié)果，以揭開夜光云的秘密。

在線小知識

美國國家航空航天局原定于當(dāng)?shù)貢r間2009年9月15日19時30分～57分之間，從弗吉尼亞州的瓦勒普斯發(fā)射中心發(fā)射一枚火箭，嘗試在地球大氣層的最外層進(jìn)行“人造夜光云實驗”。但由于糟糕的天氣，這次發(fā)射被推遲了，而且至今為止也沒有確切消息說何時會再次進(jìn)行發(fā)射。

美麗的彩虹之謎

彩虹的研究歷史

在夏秋季節(jié)里，一陣大雨過后，天空中常常會出現(xiàn)一條瑰麗多彩的長虹，它像一座燦爛的半拱形彩橋，飛架在天邊的地平線上方，形成天空中的瑰麗幻景，引人入勝。

在古代，由于人們還不懂得虹的形成原因，便出現(xiàn)了許多神話傳說。有的說“虹是天上的神仙架在天河上的渡橋”有的說“虹是老天爺?shù)纳癜簟ⅠR鞭”，阿拉伯人說“虹是光明神古沙赫休息時放在云端上的弓”還有的說“虹是歡樂女神的笑容”“是月宮里的嫦娥揮舞的長袖”等。

1624年，意大利學(xué)者多明尼斯主教，用自然科學(xué)的原理解釋了虹的形成原因。但由于當(dāng)時社會的落后和愚昧，昏庸的教皇竟把多明尼斯主教趕出教會，判處了死刑，并把他的著作和尸體一起焚燒掉。

后來法國科學(xué)家笛卡兒在水池旁邊，看到了水池上面含有大量水滴的空中人造虹，他便用裝有水的玻璃球進(jìn)行了實驗，并在1637年發(fā)表了關(guān)于虹的形成原因的文章。

他在文章中說：“虹是太陽光射入空中的水滴內(nèi)發(fā)生反射和折射的結(jié)果?！钡€不清楚虹的顏色是怎樣形成的。直至17世紀(jì)60年代，牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光通過三棱鏡的色散現(xiàn)象后，虹的秘密才被揭開。

什么是虹

虹是一種自然的天氣現(xiàn)象。在盛夏和初秋季節(jié)里，下雨前后，當(dāng)空氣里還飄浮著許多小水滴時，當(dāng)太陽光照射到這些小水滴上，由于發(fā)生折射作用，就改變了太陽光線原來的方向，并將由七種顏色合成的白色太陽光線散射開來，使之重新成為七種顏色；再經(jīng)過地面的反射作用，于是，在太陽的對面，就形成了從外向內(nèi)，排列順序為赤、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的美麗鮮艷的光弧，這就是虹。虹的顏色和寬度都與水滴大小有關(guān)，空中的水滴越大，虹的顏色越鮮艷，虹帶越寬；水滴越小，虹的顏色越昏淡，虹帶越窄。

“東虹日頭西虹雨”

虹的出現(xiàn)，和當(dāng)?shù)氐奈磥硖鞖庾兓兄芮嘘P(guān)系，我國勞動人民總結(jié)的“東虹日頭西虹雨”的天氣諺語，是符合科學(xué)道理的。我們居住的溫帶地區(qū)，高空的氣流是有規(guī)律地自西向東移動的，所以，未來的陰晴風(fēng)雨的天氣變化，是和西方氣流的性質(zhì)有著密切關(guān)系的。

“東虹日頭”的意思，是說傍晚東方出現(xiàn)虹時，預(yù)示第二天是晴天，因為東虹表明東方空氣中的水滴雖多，濕度很大，但雨區(qū)將繼續(xù)向東發(fā)展，不會經(jīng)過本地區(qū)，所以當(dāng)?shù)夭粫掠辍６鄬?yīng)的西方的干燥空氣，將向本地移來，因此當(dāng)?shù)氐牡诙鞂⑹乔缣臁！拔骱缬辍钡囊馑?，是指早晨在西方出現(xiàn)了虹，不久將出現(xiàn)陰雨天氣。因為西方空中含有大量的水滴，這些水滴將向東發(fā)展，移到本區(qū)來。再加上本地隨著太陽的升高，蒸發(fā)加劇，低空的水汽不斷上升到高空，與高空的水滴相遇，使高空中的水滴不斷擴(kuò)大增多，所以，容易造成陰雨天氣。

“蜘蛛掛網(wǎng)久雨必晴”

在我國許多地方，如見蜘蛛張網(wǎng)，陰雨天氣將會轉(zhuǎn)晴；如見蜘蛛收網(wǎng)，天氣將轉(zhuǎn)為陰雨。

蜘蛛能預(yù)測天氣，主要是因蜘蛛對空氣中濕度變化反應(yīng)相當(dāng)靈敏，在蜘蛛尾部有許多小吐絲器，吐絲器部分既黏又涼，當(dāng)陰雨天氣來臨時，由于空氣中濕度大、水汽多，水汽易在蜘蛛吐絲器部分凝結(jié)成小水珠兒，這樣蜘蛛吐絲時感到困難，便停止放絲而收網(wǎng)。相反，當(dāng)空氣中濕度變小天氣轉(zhuǎn)好時，蜘蛛吐絲順利，便張網(wǎng)捕蟲了。另據(jù)研究，蜘蛛的腿能感知20～50赫茲頻率的聲音，當(dāng)天氣轉(zhuǎn)晴時昆蟲易活動，飛行時發(fā)出的嗡嗡聲，蜘蛛很快就會發(fā)覺，所以便添絲織網(wǎng)，準(zhǔn)備捕捉。這正是民間用“蜘蛛掛網(wǎng)久雨必晴”的諺語來觀測天氣晴雨的道理。

在線小知識

2011年11月27日，57歲的攝影愛好者菲爾·湯普森在澳大利亞維多利亞的貝拉林半島拍攝了一幅令人不可思議的照片，展現(xiàn)海面反射出雙彩虹的罕見景象。當(dāng)時，海面不僅反射彩虹，并且將彩虹“一分為二”，景象令人嘆為觀止。