桂林4.30日晕奇观成因分析及光环角半径的确定
图1 日晕奇观
1 引言
2021年4月30日，广西桂林出现日晕奇观，网友们纷纷拍照，全网分享。大学生阿尧也在第一时间拍摄了几张，并把如图1所示的高清原图发过来，希望微主能分析一下日晕现象的成因，测量一下日晕圆环的角半径。
微主也在网上搜索了相关资讯，发现日晕奇观确实震撼，网友拍摄的照片和视频都忠实地记录了这场天文奇观。
视频1 日晕影像
微主早期曾经研究过幻日奇观，对比幻日奇观和日晕奇观可以发现，日晕奇观中的光环强弱分布比较均匀，幻日奇观中的光环强弱分布不均匀，有强光点出现。
图2 幻日奇观
无论是发生日晕还是幻日，大气中必然存在有大量的如图3所示的六棱柱冰晶，日晕或幻日奇观中太阳四周的光环，都是大量六棱柱冰晶对阳光的折射导致的。
图3 六棱柱冰晶
如果六棱柱冰晶的姿态是随机分布的，则太阳周围的光环强弱分布就比较均匀，就呈现出日晕奇观。
如果六棱柱冰晶的姿态不是随机分布的，而是大致指向固定的方向，则太阳周围的光环强弱分布就不均匀，会出现强光斑，呈现出幻日奇观。
2 建模分析
如图4所示，如果在太阳和观察之间的空气中分布有大量的六棱柱冰晶，且六棱柱冰晶的空间指向随机分布，必然会有一部分六棱柱冰晶的中心轴线与太阳光的方向垂直，太阳光经过六棱柱的相间柱面折射后，和直射太阳光一同射入观察者的眼中。
图4 日晕光路分析
当观察者逆着直射太阳光看去，就会看到太阳；而逆着被六棱柱冰晶折射后的光线看去，就会在太阳的附近看到一个亮斑。
由于空气中存在大量的六棱柱冰晶，必然有一部分六棱柱冰晶位于以太阳直射光线为旋转对称轴的空间位置上，这些特殊位置和特殊空间指向的六棱柱冰晶都能将太阳光折射到观察者的眼中，观察者逆着这些折射光线的反向延长线看去，就在太阳的周围看到了大量的亮斑，正是这些亮斑构成了环绕在太阳四周的日晕光环。
如图4所示，利用光的折射定律，可以找到六棱柱冰晶的空间方位变化对偏折角的影响。经过一番推理分析，发现日晕光环的最小角半径为21.76°。
由于六棱柱冰晶对各种色光的折射率各不一样，红光折射率最小，所以日晕光环的内侧偏红。
详细的分析过程，可以参考创客焦作早期推文。
创客焦作
3 结论
日晕现象是大气中大量的六棱柱冰晶对太阳光的折射导致的，日晕圆环角半径的最小值为21.76°，内圈偏红。
图5 日晕
| 创客焦作 |
河南创客焦作是焦作市创客教育名师工作室的微信公众平台，以创客教育为主要研究方向，分享创客案例，讲解创新方法，启迪创意设计，开展科学探究，组织社会调查，指导论文写作，参加创客大赛和专利申请，发现、培养和成就一批具有创新潜质的学生。
河南公众号码：chuangkejiaozuo
河南名师博客：http://blog.sina.com.cn/updays