はじめに

太陽や月にかかる暈現象や虹といった「大気光象」「大気光学現象」を日々観察しています。 基本的に新潟市での観察ですが、出かけた先でも、飛行機からでも観察しています。 最も観察されることが多い 22°ハロは、年間 100 日以上出現します(ただし、「はっきりとした綺麗なもの」はそこまで多くありませんが)から、 日常瀬克の中で時々空を見上げていれば、美しい大気光象に出会えることも多いでしょう。

観察を続けているうちに、かなり薄い現象でも「出現していれば」目視で観察できるようになります。 観察(出現)されたかどうか記録を付ける場合は目視確認が大切です。とりあえず撮影して強調処理やシミュレート画像比較して”見えました”は、いろいろな間違いのもとになりますから注意しましょう。目視で見えるものは写真に写せる、見えないものも写真には写ってしまうことがあるのです。

本ページでは、アンシャープマスク等の強調処理をおこなった画像、シミュレート画像との比較及び合成画像を多用しています。 これらの手法は大気光学現象がどのような位置にどんな形で出現するのかを勉強するのに役立ちます。

参考サイト

・天空博物館 http://www.asahi-net.or.jp/~cg1y-aytk/ao/index.html

綾塚さんのホームページ。大気光学光象の科学的な解説がしっかりとされているページ。 虹の色の順番の正しい解釈のスライドなどがあり、大気光学現象を勉強するのにおすすめです。

・Atmospheric Optics http://www.atoptics.co.uk/

海外サイト。様々な大気光学光象の解説・写真が豊富。とても美しい光象、珍しい光象、および研究結果がものすごいです。大気光学現象のシミュレーションソフト「halo sim」があります。

・大阪市とその周辺の蝶 http://butterflyandsky.fan.coocan.jp/index.html

輝さんのホームページ。空の輝きのページに大気光学現象の詳細な解説、写真、研究成果があります。

観察の注意事項

太陽にかかる大気光学現象は、太陽のそばに見られるものがたくさんあります。 太陽を肉眼で直接見ることは目を傷める原因になります。

※とにかく太陽を直接見ない

→建物の日陰に入ってから、太陽が見えない範囲で移動しながら観察する。

※サングラスや色下敷きなどでの遮光はアウト

→赤外線、紫外線カットが十分で無ければ、直接見るのと変わりがない。まぶしくなくても安全な光ではないことに注意する。日陰からの観察が一番。

※カメラのファインダー(特に光学ファインダー)で、太陽方向を見るのは完全アウト。

→標準〜望遠レンズは一瞬でもだめ。広角〜超広角レンズで視野の端の方なら短時間のぞけるけれど、安全ではありません。液晶画面であれば目は大丈夫ですが、カメラにとっては安全というわけではなく、熱で故障する可能性を考える必要があります。

私は、長年、何度も観察写真を撮りながら、「自己責任で」「大丈夫と判断できる範囲」で、日陰ではないところからも観察と撮影をしています。街灯や木などの小さな日陰に入って観察するときもありますが、光の効果を狙って太陽が直接見えるような撮影もします。

氷晶が見せる大気光象

主な氷晶による大気光学現象のシミュレート

大気光象の形は、相対的な位置関係が変わらないランダム姿勢の氷晶が見せる 22°ハロ・46°以外、 太陽高度によって形もしくは大きさが変わります。

氷晶の形と姿勢

氷晶

六角柱氷晶

空高くにある巻雲や巻層雲などは小さな氷の粒「氷晶」でできています。 氷晶は透明な六角柱の形をしていて、ここに光が当たるとプリズムや鏡として働き、光を屈折させたり反射したりします。

六角柱の氷晶は大きく分けて、板状と柱状の2種の形をとります。 板状氷晶は柱が伸びず、六角形の板のような形をしています。 柱状氷晶は柱が伸び、細長い鉛筆のような形をしています。

注:このページでは、雪結晶の分類名をもとに氷晶を「板状氷晶」「柱状氷晶」と呼んでいます。 大気光学現象の書籍、論文ではプレート氷晶、鉛筆型氷晶と呼ぶとのことです。
板状氷晶と柱状氷晶 板状氷晶(左)と柱状氷晶(右)

中心をとおる軸が c 軸。 板状氷晶は c 軸を中心に自由に回転できる(c軸が垂直であれば、どの向きも安定度に関してという意。 個々の氷晶が常にくるくる回っているわけではない)。 柱状氷晶はc軸回転に加えて鉛直方向を中心に回転できる。

空に浮かぶ氷晶は、なるべく安定した姿勢をとろうとします。気流が安定しているとき、 板状氷晶は六角形の面(底面、基底面などと呼ばれます)が水平になるように浮かびます。 柱状氷晶は六角形の面を垂直になるように浮かびます。

六角形の面と直行する軸(六角柱の中心軸)をc軸と呼びますが、 c軸で説明すると、板状氷晶はc軸を垂直になるように、柱状氷晶はc軸を水平になるように浮かぶのが安定します。 気流が不安定だと c 軸の向きが揺れるようになり、気流がある程度以上乱れると、c軸の向きが無秩序(ランダム)になります。 どちらの氷晶も、c 軸を中心とした回転はほぼ同じ安定姿勢なのですが、きわめて気流が穏やかなときは、 柱状氷晶では四角面(柱面とも呼ばれます)を水平にして浮かぶことがあります。

氷晶による屈折(氷晶はプリズム)

氷晶は、主に 60°・90°のプリズムとして働きます。 右図は氷晶がプリズムとして働くときの光の進み方を示しています。 太陽光線(オレンジ)が氷晶にあたると一部の光が普氷晶内部へ進み(青の破線)、屈折して目に届きます(黄)。 すると人間の目には、光がやってくる方向(水色の破線、☆の位置)が明るくなって見えます。

90度のプリズムの方が60度のプリズムよりも大きく光を屈折するので、より太陽よりも遠いところが光ります。 氷晶がいろいろな姿勢を取ると、それぞれの氷晶の明るくなるところがつながって、いろいろな形状の光の線が見えるようになります。 さらに、氷晶の表面や内部で反射する光もあります。反射と屈折が組み合わさることで、実に多くの大気光象がみられます。

氷晶の形・姿勢・光の経路と大気光象

氷晶が主にプリズムとして働いて見えるもの

C軸の向き(垂直、水平、ランダム)と光の経路(60°プリズム、90°プリズム)の組み合わせで、以下のような大気光象が出現することがあります。 これらの大気光象はパリ—アーク、パリ—ラテラルアーク、46°ハロ以外は比較的目にすることが多いです。

プリズム(光の経路) 60°プリズム(柱面⇔柱面) 90°プリズム(柱面⇔底面)
氷晶の形\太陽高度 高い低い高い低い
板状氷晶
c軸垂直
-幻日環水平アーク環天頂アーク
柱状氷晶
c軸水平
外接ハロ上部タンジェントアーク
下部タンジェントアーク
下部ラテラルアーク上部ラテラルアーク
下部ラテラルアーク
柱状氷晶
柱面水平
パリーアークパリーラテラルアーク
板状氷晶・柱状氷晶
c軸ランダム
22°ハロ46°ハロ
※氷晶の平行な 2 面の内面で反射し、内面反射がない場合と同じ方向に進む光もあります。

氷晶が主に鏡として働いて見えるもの

C軸の向き(垂直、水平)により、以下のような大気光象が出現することがあります。

氷晶の形\太陽高度 高い低い
板状氷晶
c軸垂直
幻日環
映日
太陽柱
幻日環
柱状氷晶
c軸水平
幻日環太陽柱
幻日環
※氷晶の内部に入る光にも、表面反射のみの場合と同じ方向に進むものがあり、光象に加わることがあります。

氷晶で屈折・反射して見えるもの

氷晶内に屈折して入り、少なくとも1回内部で反射した光が見せるもの。珍しいものが多いです。

氷晶の形\太陽高度 高い 低い
板状氷晶
c軸垂直
120°幻日・幻日環
映日・映幻日
柱状氷晶
c軸水平
ウェーゲナーアーク
幻日環
ウェーゲナーアーク
太陽柱・幻日環
シミュレート

※上記 3 つの表について・・・光の経路をシミュレートしてみると、 計算上は氷晶内部で何度も反射した光が眼に届き、光象を見せる可能性があります。 ただ、空に浮かぶ氷晶は完璧な六角柱とは限らず、凸凹(骸晶構造)や中に空洞を持つものがあるので、そう単純ではありません。

氷晶内部での反射回数ごとに光を区別して、太陽高度 25 度の時の光象をシミュレートしたのが右図です (各画像中心が天頂)。主にプリズムとして働いて見えるものは、おおむね"屈折のみ"の光で作られています。 幻日環は表面反射だけでなく、1・3・5回反射した光も混ざっていることがわかります。 太陽高度が変わると、何回反射した光が明るく見えるか変わるので、どの光象をどの経路を通った光が作るかを一言で言い表すことができません。

氷晶による大気光象

※写真はクリックで拡大します。また、黄枠の写真はマウスオーバーorクリックで強調画像等に切り替わります。

60°プリズム

■c軸ランダム■

22°ハロ

22°ハロ
22°halo

100 回/年以上

太陽を中心とした半径約 22 度の正円の光象。季節・時刻を問わず出現するチャンスがあり、 最も目にするチャンスが多いです。内側から外側に向かって赤−黄−白に色つくことがあります。

22°ハロ

← 22°ハロの大きさ(半径)は、腕を伸ばして広げた親指と人差し指の間の長さ位です。 写真1枚に収めるには、焦点距離 28 mm より広角なレンズ(カメラ)が必要です。

22°ハロ

平均すると 4 日に 1 回は観察される計算になります。一週間毎日観察されたこともあります。 しかしながら、明るくはっきりしたものとなるとそれほど多くはありません。

巻層雲が厚すぎると光が拡散しすぎるためにぼんやりとした 22°ハロになりますし、 巻層雲が薄すぎると、プリズムによって集められる光も薄くなるので、はっきり見えなくなります。

22°ハロの 360°画像(別窓で開きます[google photo])。明るく見える半径が22度ということは、 直径が地平線から天頂までの半分になると考えれば、その大きさを実感できるのではないでしょうか。

22°ハロ

月の22°ハロ

20 回/年

月にかかる 22°ハロは平均するとひと月に 1〜2 回観察されます。 満月のころはかなり明るく見えますが、上弦前や下弦後だとかなり薄くしか見えません。

22°ハロ

←月暈を撮るときは、星を撮るときと同じくらいか少し短めの露光時間です。 星と一緒に写せるのが月の大気光象の面白いところです。飛行機雲も巨大彗星のように見えます。

22°ハロ

小雪が舞う夜に見られた月の 22°ハロ(→)。とても幻想的でした。

22°ハロ

とても明るく美しくみられた月の 22°ハロ。せっかくなので「手にオーラ集中」的な遊びをしてみました。→

←360°画像はこちら。

■c軸水平■

上部タンジェントアーク
Upper Tangent Arc,UTA

20 回/年

22°ハロの上方に接する弧。太陽高度によって形が変わるのが特徴で、太陽高度が高い時は太陽に対し凹、低い時は凸となります。 季節・時刻を問わずみられるチャンスがあります。

上部タンジェントアークがはっきりと見えるときは、右の写真のよう幻日環が見られたり、 ラテラルアークや太陽柱など複数の大気光象が見られることがあります。

上部タンジェントアーク

月の上部タンジェントアーク

2 回/年

タンジェントアークは 22°ハロと一緒に出ることが多いのですが、月では雲の濃淡と見分けるのが少し難しいです。

上部タンジェントアーク

←22°ハロと月に対し凹の上部タンジェントアーク。

下部タンジェントアーク

翼のすぐ上、太陽に凸(∧形)のアークが下部タンジェントアーク

下部タンジェントアーク
Lower Tangent Arc,LTA

7 回/年

22°ハロの下方に接する弧。太陽高度が高い時は太陽に対し凹、低い時は凸となります。上部タンジェントアークが一緒に見えることが多いです。 地上からでは太陽高度 30°程度より低いとまず見えないので、上部タンジェントアークより観察される頻度は少なくなります。

月の下部タンジェントアーク

1 回/年

外接ハロ
Circumscribed halo,CH

4 回/年

太陽高度が30°程度よりも高くなると、上部タンジェントアークと下部タンジェントアークがつながって見える場合があり、さらに太陽が高く上ると完全につながり太陽を中心とする楕円形=外接ハロとなります。太陽の上下で 22°ハロと外側から接し、太陽高度が高くなるほど正円に近づいていきます。 太陽高度が 60°位を超えるとほとんど 22 °ハロと重なり、区別が難しくなります。

22°ハロと一緒に見えることが多いようです。外接ハロが明瞭に見えるときは、下部ラテラルアークも見えている可能性があります。

外接ハロの 360°画像(別窓で開きます[google photo]。非常に鮮やかに見られた外接ハロで、22°ハロ、幻日環、下部ラテラルアークも一緒に見えています。

外接ハロ

←右下1/4がシミュレートによる外接ハロと 22°ハロの再現。外接ハロがくっきりと見えることは珍しく、ぼんやりと見えている状況だと 22°ハロとの区別が難しいほか、見えていることに気が付きにくいです。

外接ハロ

月の外接ハロ

1 回/年 以下

月の外接ハロはかなり珍しいです。右の写真の例では 22°ハロと一緒に出現しています。

←外接ハロと 22°ハロ。タップ・マウスオンで強調画像になります。 (通常画像) (強調画像)

■柱面水平■

パリーアーク

パリーアーク
Parry Arc,PA

1〜2 回/年

比較的珍しい現象。氷晶に対する光の経路から 4 種類(上部・下部、それぞれに太陽に対し凸(sunvex)・凹(suncave))あります。

太陽に対し凹のパリーアーク。パリーアークが見られるときは、他にも大気光象が見られることが多いです。これは上部タンジェントアーク、幻日とのマルチディスプレイ。 通常画像強調&シミュレート画像

パリーアークと様々な光象のマルチディスプレイ(強調画像)。マウスオーバーでシミュレート画像との合成表示。

PA:パリーアーク(上部、太陽に対し凹)、22°:22°ハロ、LTA:上部タンジェントアーク、CZA:環天頂アーク、SLA:上部ラテラルアーク。 通常画像強調&シミュレート画像

パリーアーク

月のパリーアーク

1 回/年 以下

パリーアークが珍しい現象なので、月のものとなるとかなりのレア現象となります。

クリック・マウスオーバーで強調画像。幻月(PH)、22°ハロ(22°)、上部タンジェントアーク(UTA)とのマルチディスプレイ。 通常画像強調&シミュレート画像

■c軸垂直■

幻日

幻日
Parhelia

45 回/年

太陽高度がおおむね 60°より低い時に、太陽の両側に見える点状の光。 太陽と同じ高度で、22°ハロよりも少し離れた場所に出現します。太陽高度が高くなるほど 22°ハロから離れるようになります。 22°ハロの次に多くみられますが、太陽と見間違うような明るい幻日はかなり珍しいです。 条件によっては綺麗な虹色が付き、太陽から離れる方向に尾を引くように見えることがあります。

幻日

穴あき雲(fallstreak hole, hole punch cloud)に出現した幻日。 穴あき雲は、水滴でできた雲(この写真では高積雲)が何らかのきっかけで凍結し、 氷晶になり落下するときに見られるもので、もともと雲だったところは穴が開いたようになル所からそう呼ばれています。 落下する氷晶は姿勢が安定しているようで、幻日や環天頂アークなどの大気光象が見られることがあります。

幻日

←雲の動きを利用した疑似的な 3D 写真。交差法。雲の動きに影響されない幻日は、無限遠にあるように見えます。

幻日

←日没時に見られた幻日です。太陽は右側にあります。

幻月

月の幻日…「幻月」

1 回/年

月で見られる幻日現象は幻月と呼ばれます。右の写真では、22°ハロ、上部タンジェントアークと一緒に見えています。

90°プリズム

■c軸ランダム■

46°ハロ 魚眼レンズで撮影。明るい 22°ハロと同心円で大きな薄い円が 46°ハロ。

46°ハロ
46°halo

1〜2 回/年

太陽を中心とした大きな光の環で、22°ハロと同心円となります。非常に大きな円なので、その姿を収めるには魚眼レンズが必要です。 非常に薄くしか見られない上、ラテラルアークとの区別が難しいです。はっきりと 46°ハロとわかるものは非常に珍しいです。

46°ハロがわかりにくい理由は・・・

・ラテラルアークとの区別が難しい

柱状氷晶が c 軸水平からかなり不安定に浮いている場合にみえるラテラルアークと区別が困難です。

・環天頂アークや幻日が見えているときに 似ているアークが見えることがある

板状氷晶が c 軸鉛直からかなり不安定に浮いている場合、環天頂アークとつながるようなアークが見えることがあります。 氷晶の浮きかたにc軸水平—c軸ランダム—c軸垂直の間で境界はない(連続的に変化できる)ので、ラテラルアークと 46°ハロの中間的なハロ現象があり得ます。

上の 2 枚はほぼ 46°ハロとみられるものです。一緒に見えているものが 22°ハロのみで、綺麗に同心円となっています。 (マウスオーバーでシミュレート画像)

上の 3 枚は同一の写真で、柱状氷晶がかなり不安定に浮いている時の上部ラテラルアークとも、46°ハロとも見えるものの例です。

月の46°ハロ

見たことがありません

太陽の 46°ハロでさえ薄くて見つけにくい現象で、月の 46°ハロとなると目視で見つけるのは困難と思われます。

■c軸水平■

上部ラテラルアーク 環天頂アーク(太陽に対して凸の虹色の弧)に接する、太陽を取り囲む大きな弧が上部ラテラルアーク

上部ラテラルアーク
Supralateral arc,SLA

9 回/年

太陽の上半分を取り囲むような大きな弧です。条件が良いと綺麗な虹色が付き、内側が赤となります。上部タンジェントアークがはっきりと見えているとき、その外側に注目すると見えていることがあります。右の写真で太陽を囲む大きな虹色が上部ラテラルアーク。中央上部の上に反っている鮮やかな虹色は環天頂アーク。上部ラテラルアークと環天頂アークが両方見えるときは、お互い接して出現します。46°ハロとそっくりに見えることがありますが、46°ハロの方は虹色ほとんどが見えません。

←マウスオーバーで強調&シミュレート画像(パリーアークの項の写真と同一)。SLA:上部ラテラルアーク、22°:22°ハロ、PH:幻日、UTA:上部タンジェントアーク、PA:パリーアーク。 通常画像強調画像&シミュレート画像

上部ラテラルアーク

太陽を取り囲む二重のリングのように見える上部ラテラルアーク。22°ハロ、幻日、上部タンジェントアーク、環天頂アークとのマルチディスプレイ。

上部ラテラルアーク

月の上部ラテラルアーク

1 回/年 以下

月のラテラルアークはとても暗いので、なかなか見つけることができません。タンジェントアークが明るく見えているときにラテラルアークがある付近をよく探すと見つかることがあります。

下部ラテラルアーク 写真中央少し右下に見える、斜め方向の虹色の弧が下部ラテラルアーク

下部ラテラルアーク
Infralateral arc,ILA

3 回/年

太陽の下側、かなり離れたところに見られる大きな弧。 太陽高度が低いときは左右に分かれ、太陽に対して凸の緩やかな弧になりますが、太陽高度が高いときは、太陽に対し凹の一つの大きな弧になります。 太陽高度が低いときは低空にしか出現しないので、空気が澄んでいないと良く見えません。 そのためか上部ラテラルアークと比べて観察回数がぐっと少ないです。

飛行機から見た下部ラテラルアーク。太陽高度は約 30°。太陽に対し凸の緩やかな弧になっています。

ILA:下部ラテラルアーク、22°:22°ハロ、PH:幻日、LTA:下部タンジェントアーク。

通常画像シミュレート画像重ね合わせ

太陽高度約65°のときの下部ラテラルアーク。太陽の真下で環水平アークと重なり、環水平アークよりも太陽側に反った大きな弧となります。

ILA:下部ラテラルアーク、22°:22°ハロ、CH:外接ハロ、CHA:環水平アーク、PC:幻日環。

通常画像強調画像

太陽高度約 47°のときの下部ラテラルアーク。この高度では下部ラテラルアークは左右に分かれますが、左側のみビルの上にうっすらと見えています。明瞭なタンジェントアークや外接ハロ、幻日環が見えているときは下部ラテラルアークが出ていないかチェックするとよいと思います。

ILA:下部ラテラルアーク、22°:22°ハロ、CH:外接ハロ、PH:幻日、PC:幻日環。

通常画像強調&シミュレート画像

太陽高度約 30°のときの下部ラテラルアーク。下部ラテラルアークは左右に分かれ、明るく見える位置は高度15°前後と低くなります。したがって、低空まで空が澄んでいないとよく見えません。

ILA:下部ラテラルアーク、UTA:上部タンジェントアーク、PA:パリ—アーク、PH:幻日、PC:幻日環、120°PH:120°幻日。

通常画像強調&シミュレート画像

澄んでいない空では、高く登らない下部ラテラルアークはかすんでしまうので、なれないと見逃すことになります。 タンジェントアークがハッキリと見えるときは、太陽から50度ほど離れた場所をよく探すと見つかるかもしれません。

下部ラテラルアーク

下部ラテラルアークの 360°画像(別窓で開きます[google photo)。 非常に鮮やかに見られた外接ハロで、22°ハロ、幻日環、外接ハロも一緒に見えています。

月の下部ラテラルアーク

1 回以下/年

まだ一度しか見たことがありません。タンジェントアークが良く見えているとき、出現位置をよく探すと見つかることがあるでしょう。

■c軸垂直■

環天頂アーク 太陽の真上にある、太陽に凸の虹色の弧が環天頂アーク

環天頂アーク
circumzenithal arc

20 回/年

太陽高度が低い(おおよそ32°以下)ときに、空高くに見える鮮やかな虹色の弧。別名逆さ虹。

22°ハロや幻日、タンジェントアークに比べ、非常に鮮やかな虹色がつくことがあり、見られるとうれしい大気光学現象です。虹色が綺麗につく理由は、環天頂アークを見せる氷晶の姿勢と光の経路が、90プリズムとして安定する(同じ方角に見える光は、ほぼ同じ氷晶姿勢と光の経路で屈折してくる)ためです。環水平アークも同様な理由で鮮やかな虹色がつくことがあります。

←蜂の巣状雲と環天頂アーク。上部ラテラルアーク、上部タンジェントアーク、22°ハロ、幻日も見えていました。 通常画像強調画像

月の環天頂アーク

1 回/年 以下

星空を背景に虹が出る姿はとても美しいように思いますが、残念ながら肉眼では虹色はわかず、ボゥとした光にしか見えません。 雲と一緒に動かないことで、やっとその存在がわかる程度でした。 通常画像強調画像

環水平アーク
地平線と平行に見える大きな虹色の弧が環水平アーク。下部ラテラルアークも重なっている

環水平アーク
circumhorizon arc

15 回/年

太陽高度が高い(おおむね 58°、実際の観察では 60°程度以上)とき、太陽の下方に現れることがある大きな虹色の弧です。 夏至を中心に 4〜8 月が観察のチャンスとなります。

環天頂アークと並んで非常に鮮やかな虹色がつくことがあります。 弧全体が同じ高度となることから水平という名がついているようですが、天球への投影で上方に沿った弧に見えます。 見える太陽高度の範囲から、環天頂アークと同時に見えることはありません。

環水平アーク

月の環水平アーク

1 回/年 以下

月の環水平アークは、太陽と同様に月が高く上る時期が観察のチャンスとなります。満月のころ明るく見えるチャンスがあることになるので、太陽と反対に冬至を中心として10〜2月がチャンスとなると思います。しかしながら私は一度しか見たことがありません。

環水平アーク

←大犬座(一番明るい星が大犬座のシリウス)を横切るように出現した環水平アーク。肉眼では虹色がわかりませんでしたが、水平に薄く光っていることを目視で確認することができました。

反射と屈折

■c軸水平■

幻日環

太陽を通る白い円が幻日環

幻日環
Parhelic Circle,PC

4 回/年

幻日環は太陽を通る白い円(円周上に太陽がある。22°ハロは中心に太陽。)です。 その中心は必ず天頂で円周は地平線と平行になります。 したがって、太陽高度が低いときはとても大きな環に、太陽高度が高いときは小さな輪になります。 夏至近くで太陽高度が 68°を超えると、22°ハロよりも小さくなります。

幻日環を見せる簡単な光の経路としては、地面に対し垂直な結晶面表面での反射があります。 底面でも柱面でも構わないので、板状氷晶が c 軸を垂直にして浮いていても、 柱状氷晶が c 軸を水平にして浮いていても見える可能性があります。 必ずではありませんが、幻日や120°幻日が一緒に見られれば板状氷晶が、 タンジェントアークが一緒に見られれば柱状氷晶が、それぞれメインとなっていると思います。

←太陽高度 54°のときの幻日環。直径は 72°((90-54)× 2)になり、対角魚眼レンズでやっと収まる大きな環となります。 はっきりしませんが 22°ハロと外接ハロとのマルチディスプレイになっています。 通常画像シミュレート画像

←太陽高度約 74°のときの幻日環

直径は 32°となるので、直径 44°の22°ハロよりも小さくなります。PC:幻日環、CH:外接ハロ、CHR:環水平アーク、ILA:下部ラテラルアーク。 通常画像強調画像

幻日環 月を貫く薄い輪が幻月環
通常画像強調画像

月の幻日環 = 幻月環

1 回/年 以下

幻日環

月の 22°ハロ(外接ハロの可能性もあります)とともにうっすらと見えた幻月環です。月の高度は 70°あり、幻日環の半径は 20°で一緒に見えている 22°ハロより少し小さくなっています。

■c軸垂直■

120°幻日 中央の白いスポットが 120°幻日。上にカーブしている弧は幻日環。

120°幻日
120°Parhelia

1 回/年

太陽から方位で 120°離れた場所 2 箇所出現するスポット。 太陽と同じ高度に現れるので、必ず幻日環の上に見られます。 120°幻日が見られるときは幻日環も一緒に見られると思います。

120°幻日

←120°幻日と幻日環。雲の濃淡などによって幻日環の明るさにムラがあるとがあり、120°幻日を幻日環の明るい部分と見間違う可能性があります。120°幻日の出現位置は太陽から 120°離れた場所に固定されているので、しばらく観察を続ければ動きから判別可能です。

月の120°幻日 = 120°幻月

見たことがありません

太陽柱

太陽柱
Sun Pillar,SP

9 回/年

日の出や日の入りの前後、太陽から垂直に伸びる光の筋。太陽高度が低いほど長く伸びるようになり、地平線下に太陽がある、日の出前や日没後にもみえます。板状氷晶が c 軸を大体垂直方向にむけて浮いているときに、底面(六角形の面)で太陽光が反射することで作られることがあります。また、表面の凹凸や内部の気泡で、視線方向に光を反射する面の方向がそれなりにそろっていれば太陽柱を作ると想像でき、実際、タンジェントアークが良く見えるとき(柱状氷晶)でもみられることがあります。

太陽柱 太陽柱 太陽柱

22°ハロ・上部タンジェントアーク・太陽柱とのマルチディスプレイ。幻日とのマルチディスプレイは前述のとおり氷晶の姿勢が似ているので起こると考えやすいですが、上部タンジェントアークがはっきり見えるときにも太陽柱が見えることがあります。同時に薄く幻日が見えているので、太陽柱を見せる氷晶の姿勢は c 軸垂直傾向とは思いますが、他に何かあるかもしれません(骸晶構造とか?)。

月柱

月の太陽柱 = 月柱
Moon Pillar

1〜2 回/年

月に見られる太陽柱は月柱と呼ばれます。縦に細長く伸びる月の光はとても幻想的です。左の写真は上弦のころの月に見られた月柱です。

月柱

←うっすらと伸びた月柱。月の高度は約 13°と高いのであまり長くは伸びませんでした。月の左上にある明るい星は木星で、木星の光も縦に伸びています(木星柱)。


金星柱

金星の太陽柱 = 金星柱
Venus Pillar

明るい金星に伸びる太陽柱はビーナスピラーと呼ばれ、それは美しい現象です。肉眼でも縦に伸びた金星の姿を確認することができます。

金星柱

←夕方、まだ薄明が残る空に見られた金星柱。濃い青の空に金色の光の柱が美しく見えました。

星柱

星の太陽柱 = 星柱
Star Pillar

肉眼ではわかりませんが、巻層雲などの薄い雲が出ているときに、低い空に見える明るい星を撮影すると星柱が見えていることがあります。 右の写真はみかけの明るさが一番明るい恒星シリウスに見られた星柱です。

星柱

←アンタレスにみられた星柱です。シリウスの写真にも当てはまりますが、どちらも柱というよりは細長い楕円形の光になっています。純粋に屈折・反射だけで作られているわけではないと思われます。

光柱

人工の光の太陽柱 = 光柱
Light Pillar

月柱が見えているとき、うっすらとみられた光柱(3 組の矢印の間に見える細長い光)です。光源は地上≒高度 0°にありますから、柱は長く伸びます。漁火のように明るい光源があればもっとはっきりと見えると思いますが、いまだそのチャンスに恵まれていません。

映日

映日
Sub Sun,SS

(私の場合)飛行機からの観察のみ

地平線下に見える明るいスポット。氷晶が地表に置かれた鏡のような役割を果たすことで見られ、地平線を対象軸として太陽の対称位置に見られます。 私の観察環境では飛行機からしか観察することができません。角板氷晶が c 軸を大体垂直に向けて浮いているとき(反射面は底面となります)に見られることがあります。

原理上は、日没後に地平線上に見えるのですが、実際に見えるか観察をしているところです。 板状氷晶が非常に安定した状態で雲底にないと、太陽柱と区別できないように思います。 逆に言えば、日没後の太陽柱は(光の経路の上では)映日といえる部分もあります。

映日

太陽のある方向の、太陽高度と同じだけ見下ろした場所に出現するので、映日を観察しようと思うときは必ず太陽がある窓側の席に座ります。太陽があまり高く上っていない時間帯の方が観察が容易です。

←映日の実験画像です。フローリングの床は少しでこぼこしているので、水平な反射面だけでなく少し傾いた反射面もあります。それが実際の氷晶の浮き方(水平からある程度ばらつきがある)と似ているので、縦に伸びた映日が再現されます。 通常画像シミュレート画像

月の映日 = 映月

見たことがありません

映幻日

映幻日
Sub Parhelia

飛行機からの観察のみ

幻日と同じ光の経路(柱面から入射→一つ離れた柱面から射出)の途中、氷晶内部で奇数回底面で反射した光が作り出します。映日と同じ高度(地平線下)に見られるので、私の観察環境では飛行機からの観察のみになります。幻日と同じく、内側(映日側)が赤色に色づいて見えます。

映幻日

太陽高度が低いときに映日が見られたときは、映日から 20°(開いた親指と人差し指の指先距離くらい)ほど水平方向に離れた場所を探してみるとみつかることがあります。

月の映幻日 = 映幻月

見たことがありません

珍しい現象

■二十面体氷晶によるもの■

9°ハロ 通常画像 強調画像 シミュレート画像

内側から 9°ハロ、18°ハロ、24°ハロ

9°ハロ・18°ハロ・24°ハロ
9°Halo・18°Halo・24°Halo

二十面体氷晶

二十面体氷晶

よく見られる氷晶による大気光学現象は六角柱の氷晶によって作られますが、小さな氷晶では六角柱の底面と柱面の間にピラミッド面と呼ばれる結晶面ができることがあります。2 面ある底面の周りにそれぞれ 6 面で 12 面のピラミッド面ができ、左上の絵のような合計 20 の結晶面がある二十面体氷晶となります。

球に近い形の二十面体氷晶がいろいろな方向を向いて浮いていると、六角柱の氷晶に比べて多くの組み合わせで光が屈折することから、いろいろな大きさ(角度)のハロが作られます。右上の写真は肉眼ではっきり確認できた 9°ハロ、18°ハロ、24°ハロです。下の写真は強調したものにシミュレート結果を合わせたもので、それぞれ半径が 9°、18°、24°になっているのがわかると思います。

9°ハロ

理想的な二十面体氷晶によるハロ(左半分)と拡散を受けた見え方(右下)

理想的な二十面体氷晶では、9°・18°・20°・22°・23°・24°・35°・46°のハロが見えるのですが、 氷晶自体の光の拡散(ミー散乱など)が加わるので、22°・23°・24°は区別が困難で一つのハロにも見えやすいですし、 20°ハロは 18°ハロの広がりに重なってコントラストが弱くなるようです。 35°ハロと46°ハロはほかのハロに比べて光が分散して見えにくいようです。 以上は理想的なシミュレートからの推測ですので、実際の見え方の参考になるかは分かりません。

9°ハロ

←9°ハロ、22°ハロ、幻日(強調&シミュレート画像の合成)。 二十面体氷晶は六角柱の氷晶と同じ結晶面も持っていますから、同じように幻日や 22°ハロを見せることができます。 9°ハロは、それを作る結晶面の位置関係から一番明るく出やすいのですが、それでも薄いものです。

月9°ハロ

月の 9°ハロ
9°halo

1 回/年 以下

太陽の 9°ハロがレア現象なのですが、月の 9°ハロとなるとさらにレアです。まだ 1 回しか見たことがありません。 その 1 回が観察された 2017 年 8 月は、太陽の 9°ハロが 2 回観察されました。奇跡の 8 月でした。

9°column arc 9°column arc(太陽左側近くの縦方向の弧)と上部タンジェントアーク(UTA)・パリ—アーク(PA)。 通常画像強調画像

9° column arc

角柱状の二十面体氷晶

二十面体氷晶にも細長い角柱状のものと薄い角板状のものがあります。そのうち、 角柱状の二十面体氷晶が c 軸を水平方向に向けて浮いている(左の動画)ときにみられる 9°column arc と呼ばれる現象を 1 度だけ観察することができました。 削りかけの鉛筆のような形をしています。c 軸を水平方向に向けて浮いている場合にみられるタンジェントアークは、柱面から入射し一つ間をあけた柱面から射出するような 60°のプリズムで作られますが、 9°column arc は、ピラミッド面から入射、反対側のピラミッド面に隣接する柱面から射出するような、28°のプリズムで作られます。ランダムな姿勢であれば 9°ハロになりますが、姿勢が制限されるためアークとなるものです。

pyramidal plate arc

太陽上方にかぶさるように見えるやや明るい弧が 23°plate arc。

23° plate arc

ピラミッドを持つ板状の氷晶が作り出す光象も一度だけ見ることが出来ました。 太陽に対し凹の上部タンジェントアークのような弧をしていますが、何となくカーブの具合が違うなと感じていました。 18°ハロが良く見えていたので、もしかすると?とチェックすると 23° plate arcと分かりました。

Bottlingers rings

Bottlinger's Rings

映日の回りにできる小さな楕円形の光です。elliptical halo を見せていると考えられている氷晶と同じ氷晶で作られると考えられています。飛行機から非常に明瞭な映日を観察していたところに突然現れ、かなり明るかったということもあり大変驚きました。

←マウスオーバーで通常の映日との比較ができます。Bottlinger's Rings から通常の映日までに約 5 分経過しています。肉眼でリングに気が付いてから見えなくなるまではわずか 30秒ほどでした。 Bottlingers rings映日

←太陽を含めた、大気光象全体と雲の様子、マウスオーバーでシミュレート画像。太陽の周りには 22°ハロ、 下部タンジェントアーク、薄く幻日が見えていました。雲頂には映日のみはっきり見えていて映幻日はありませんでした。 通常画像シミュレート画像

(私が)確認出来ていない現象

elliptical halo ? レンズ雲の上方に見られた elliptical halo ?

elliptical halo ?

太陽の周りに現れる小さな楕円形の光です。 肉眼ではっきりと見える明るさがあり、9°ハロとは明らかに異なる楕円弧です。 調べると elliptical halo(楕円形のハロ、楕円ハロ)と呼ばれる現象に似ていますが、確証はありません。 elliptical halo は特別な形状の氷晶(非常に薄いピラミッド氷晶のような形)で作られると研究されています。

elliptical halo ? 彩雲と elliptical halo ?

太陽高度◯◯°の時の elliptical halo ? 10°間隔で緯度経度線を入れると、上下方向の直径は14°程度、水平方向の直径は10°程度と読み取れます。 上方の高積雲の半透明雲に光環が見えていますが、それよりも小さいということがわかります。

太陽の前を小さなレンズ雲が通過し、うまい具合に直射光をさえぎってくれています。大きさは、短半径 3°ほど、長半径が 8°ほどです。レンズ雲の通過に伴い形が変化しているので、雲の影が投影されているようにも見えますが、左右に対称性を保ったままです。また、レンズ雲が小さく・薄くなっても見えていることから、雲の影ではないと考えられます。レンズ雲が消滅していくに従い、光が薄くなっていることから、レンズ雲のすぐ近くにある何かがこの現象を作り出していると考えることができます。全くの推定になりますが、氷晶核に成長を始めたばかり、氷晶核の成分に影響を受けた特別な形状の氷晶がレンズ雲の周囲に浮いていて、それが特別な大きさのハロ現象を作っていた、とか考えられそうです。レンズ雲の下方側(奥側)にはハロ現象がみられないこともヒントになっていると思います。

elliptical halo ?

←月に見られた elliptical halo のようなもの。動画にも撮りましたが、縦長で下側の方に偏った楕円形の光が見えていました。

elliptical halo ?

←高積雲に隠された太陽の上方にみられた elliptical halo のようなもの。写真上方に見える高積雲/巻積雲と同じ構造が太陽近くまで広がっており、そこに見えています。ハロ部分は明瞭な雲にはなっていません。

太陽柱?

←太陽高度が高いときの太陽柱?の現象と似ています。氷晶の形と姿勢を反映した ミー散乱による光である可能性が考えられます。光環のようなものかもしれません。

水滴等による大気光象

屈折によるもの

虹


Rain Bow

14 回/年

雨粒で光が屈折・反射して作られる虹色。とても鮮やかな色がつくことがあり、とても綺麗な現象の一つだと思います。 太陽の反対側(自分の影で目の位置)を中心とした大きな円となります。地上ではアーチにしか見えませんが、飛行機からなら円形の虹を見ることができます。

私の住む場所では、大気光学現象の中でそれほど頻繁にみられるものではありません。

虹

小さな雨雲の虹

虹

小さな雨雲でも、ちょうど良い場所に雨を降らせてくれると虹が出ます。

赤い虹

虹

日没近く、夕日に照らされてできる虹は、夕日の色を反映してオレンジ色や赤い色の虹になります。

虹

飛行機から見た虹

虹

雨雲の上からでも、雨に虹がかかっているところを見ることができます。

虹

月の虹 = 月虹
Moon Bow

1 回/年 以下

月の光でできる虹は月光(げっこう)と呼ばれ、とても幻想的なものです。月の光は太陽の光に比べて弱いので、月虹が明るく見えることはなく肉眼では虹色がよくみえず白いアーチとして見えました。

虹

←露出中に雷光が入り、夜の虹らしさが出ました。この日はとても風が強く、揺れる車内からの撮影となったために鮮明に撮ることはできませんでした。。

虹

主虹と副虹

主虹:14 回/年 副虹:5 回/年

主虹は一番明るく鮮やかに出るものです。水滴内部へはいった光が 1 回だけ内部反射して出てきたものが主虹となります。 副虹は内部で 2 回反射した光で作られます。二つの虹が同時にみられ、しかもアーチがつながっているものとなるのはかなり珍しいです。

虹

干渉虹

主虹の内側にみられる虹色の繰り返しを干渉虹(過剰虹)と呼びます。雨粒の大きさがそろっていると鮮やかに見えることがあります。正確には虹色にはなっていません。内側ほど色数が減り、緑-紫の繰り返しに見えます。シャボン玉の膜が作る虹色とそっくりです(ただし、干渉するメカニズムは少し異なる)。

シャボン玉の干渉色

←参考:シャボン玉の「干渉色」

白虹
White Bow

雨粒よりも小さな水滴である、霧や雲によって作られる虹です。雨粒が作る虹とは異なり虹色がつかず白い虹となります。このことから白虹とも呼ばれます。これまでの観察況では、霧が晴れてくる段階で霧に切れ目があって、太陽光が霧を通さずに霧に直接あたる場合に見られています。朝霧が晴れてくる時間帯がチャンス、という感じです。

虹
霧虹
Fog Bow

1 回/年程度

霧が作る虹です。濃い霧の時よりも霧が晴れる段階で、ある程度太陽の光が霧で散乱されなくなったときの方が見えるようです。

虹

←霧虹が見えているとき、自分の立っている場所の上空は霧が薄く青空となっています。太陽の光が強く霧に当たることから、霧虹がはっきりと見えるようになったと考えられます。濃い霧に包まれたときは霧虹を見たことがありません。

虹
雲虹
Cloud Bow

(私の観察状況では)飛行機からの観察のみ

雲粒によって作られる虹です。飛行機から層積雲などの水滴の雲を見下ろした時に見えることがあります。 写真は 3D(平行法)です。雲は視差により奥行きがついて見えますが、雲虹は視差がほぼゼロなので無限遠となり、雲の向こうにあるように見えます。

干渉・回折によるもの

彩雲

見え方で定義できず

(解説準備中)

彩雲 彩雲 彩雲 彩雲 彩雲 彩雲 彩雲 彩雲

月の彩雲

見え方で定義できず

(解説準備中)

光環

見え方で定義できず

(解説準備中)

光環 光環 光環 光環 光環 光環 光環 光環 光環 光環 光環

月の光環 = 月光環

見え方で定義できず

(解説準備中)

光環 光環 光環

光輪

(私の観察環境では)飛行機からの観察のみ

(解説準備中)

光輪 光輪 光輪

月の光輪 = 月光輪

見たことがありません

(解説準備中)

大気そのものの屈折等による大気光象

温度差による屈折

上位蜃気楼

上位蜃気楼

(解説準備中)

上位蜃気楼 上位蜃気楼 上位蜃気楼 上位蜃気楼
下位蜃気楼

下位蜃気楼

(解説準備中)

下位蜃気楼 下位蜃気楼 下位蜃気楼 下位蜃気楼 下位蜃気楼 下位蜃気楼

大気散乱等による大気光象

ミー散乱等

薄明光線

見え方で定義できず

(解説準備中)

薄明光線 薄明光線 薄明光線 薄明光線 薄明光線 薄明光線

月の薄明光線

見え方で定義できず

(解説準備中)

反薄明光線

見え方で定義できず

(解説準備中)

薄明光線 薄明光線 薄明光線

レイリー散乱等

青空

日中雲が切れれば。

(解説準備中)

月の青空?

夜間雲が切れれば。

(解説準備中)

朝焼け・夕焼

綺麗だと思った回数だけ

(解説準備中)

朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け 朝焼け・夕焼け

月出焼け?・月入焼け?

チャンスはある?

(解説準備中)

22°
ハロ
46°
ハロ
外接
ハロ
上部
TA
下部
TA
環天頂
アーク
環水平
アーク
上部
LA
下部
LA
パリー
アーク
幻日 120°
幻日
幻日環 太陽柱 映日 映幻日 レア
現象
彩雲 光環 光輪 上位
蜃気楼
下位
蜃気楼
薄明
光線
反薄明
光線
青空 朝焼
夕焼
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