Weird Science

Łuk okołozenitalny

English ver­sion is here

Natura rzadko odsła­nia swoje naj­bar­dziej urze­ka­jące obli­cza tym, którzy patrzą jedy­nie pod nogi. Więk­szość z nas, przy­zwy­cza­jona do obser­wa­cji barw­nych łuków tęczy na tle chmur, rzadko zadaje sobie trud, by w bez­desz­czowy dzień spoj­rzeć nie­mal pio­nowo w górę, czyli w stronę zenitu. A to wła­śnie tam, w wyso­kich par­tiach tro­pos­fery, roz­grywa się jeden z naj­pięk­niej­szych spek­ta­kli optyki atmos­fe­rycz­nej: łuk oko­ło­ze­ni­talny (ang. cir­cum­ze­ni­thal arc, CZA). Często nazy­wany „uśmie­chem na nie­bie” ze względu na swoją odw­róconą względem tęczy krzy­wi­znę, łuk ten jest zja­wi­skiem typu halo.

Ilustracja

W prze­ci­wieńs­twie do tęczy, która pow­staje w wyniku zała­ma­nia i odbi­cia świa­tła w kro­plach wody, łuk oko­ło­ze­ni­talny wymaga obec­no­ści krysz­ta­łów lodu. Muszą to być jed­nak krysz­tały o bar­dzo kon­kret­nej geo­me­trii, a dokład­niej w for­mie sze­ścio­kąt­nych pły­tek. Klu­czo­wym warun­kiem jest ich sto­sun­kowo sta­bilne, poziome usta­wie­nie w spo­koj­nym, pozba­wio­nym tur­bu­len­cji powie­trzu, co ma miej­sce naj­czę­ściej w chmu­rach typu cir­rus. Mecha­nizm biegu pro­mieni świetl­nych przed­sta­wia się w ten spo­sób, że pro­mień sło­neczny wcho­dzi do krysz­tału przez jego górną, poziomą powierzch­nię. Następ­nie ulega zała­ma­niu i opusz­cza krysz­tał przez jedną z pio­no­wych ścia­nek bocz­nych. Kąt łamiący między tymi dwiema powierzch­niami wynosi 90°. Tak duża war­tość kąta spra­wia, że dys­per­sja (rozsz­cze­pie­nie świa­tła na barwy skła­dowe) jest nie­zwy­kle silna. Efek­tem tego są kolory o nasy­ce­niu i czy­sto­ści, których zwy­kle nie spot­kamy w innych zja­wi­skach optycz­nych, także w tęczy. Fio­let znaj­duje się zaw­sze naj­bli­żej zenitu, pod­czas gdy czer­wień skie­ro­wana jest w stronę poło­żo­nego niżej Słońca.

Pow­sta­nie łuku oko­ło­ze­ni­tal­nego jest ści­śle uza­leżn­ione od poło­że­nia Słońca na nie­bie. Zja­wi­sko może pow­stać tylko wtedy, gdy Słońce znaj­duje się niżej niż 32,5° nad hory­zon­tem. Powy­żej tej war­to­ści w krysz­tale docho­dzi do całk­o­wi­tego wew­nętrz­nego odbi­cia, co unie­możl­i­wia pro­mie­niom świetl­nym jego opusz­cze­nie. Naj­bar­dziej spek­ta­ku­larne łuki obser­wu­jemy, gdy Słońce znaj­duje się na wyso­ko­ści około 22°. Co cie­kawe, pro­mień łuku maleje wraz ze wzro­stem wyso­ko­ści Słońca. Gdy Słońce jest tuż nad hory­zon­tem, pro­mień wynosi ok. 32°, a przy wspom­nia­nej gra­nicy 32,5° łuk teo­re­tycz­nie zbiega się do punktu w zeni­cie i zanika.

Obser­wa­cje

09.01.2026, około godziny 12:30 - Dąbrowa Gór­ni­cza
Warunki: miej­skie

Wra­ca­jąc w dobrym humo­rze z owoc­nych zajęć ze stu­den­tami nie myśla­łem o tym, że za chwilę stanę się świad­kiem pięk­nego feno­menu natury. Przy­roda lubi jed­nak robić nie­spo­dzianki, bo pod­no­sząc wzrok zau­wa­ży­łem wspa­niale zary­so­wany łuk oko­ło­ho­ry­zon­talny o wyraźn­ych bar­wach (Fot.1).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 1

Zja­wi­sko było dostrze­galne 4-5 minut w swo­jej naj­wy­raźn­iej­szej, barw­nej for­mie. Następ­nie zbla­dło i kolejne kil­ka­na­ście minut można je było oglądać jako blady, bia­ławy łuk świetlny.



18.01.2026, około godziny 13:20 - Jaworzno
Warunki: miej­skie

Dzięki sprzy­ja­jącym warun­kom doko­na­łem obser­wa­cji kolej­nego pięk­nie wybar­wio­nego łuku oko­ło­ze­ni­tal­nego (Fot.2).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 2

Pisa­nie o optyce atmos­fe­rycz­nej zaw­sze przy­po­mina mi, że nasze niebo to gigan­tyczne, natu­ralne labo­ra­to­rium fizyczne. Zachęcam Was, by przy naj­bliższej oka­zji, gdy na nie­bie poja­wią się deli­katne, pie­rza­ste chmury, pod­nieść wzrok nieco wyżej niż zwy­kle i dać sobie szansę na zach­wyt pięk­nem natury.

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa