Cirkumzenitalni luk je optička pojava vrlo slična dugi no postanak joj je vrlo različit. Nastaje lomom svjetlosti na kristalićima leda u cirusima. Javlja se na istoj strani na kojoj je i Sunce. Ima iste boje kao i duga. Cirkumzenitalni luk, kao i tangencijalni luk oko haloa, nastaje lomom svjetlosti na ledenim prizmicama s kutom 90°, vodoravno orijentiranim (cirkumzenitalni luk na okomito orijentiranim pločicama). Cirkumzenitalni luk ne nastaje ako je Sunce 32,3° iznad obzora. [1]
Mehanizam njegovog nastanka sličan je poznatijem halou (prstenu oko Sunca) i vrlo različit od mehanizma nastanka duge; dok duga nastaje lomom ili refrakcijom svjetlosti na kapljicama vode (kiše), halo i cirkumzenitalni luk nastaju lomom svjetlosti na kristalićima leda. Tanki, visoki oblaci (cirusi ili cirostratusi) ponekad stvaraju prekrasne optičke učinke, puni su sitnih ledenih kristalića, a propuštaju taman toliko Sunčeve svjetlosti da se ona u kristalićima lomi, kao u milijardama sitnih prizmi, na svoje sastavne boje po točno određenim geometrijskim pravilima. Cirkumzenitalni luk je vrlo blijedi luk okrenut krajevima prema gore. Ne vidi se lako, ali može se zamijetiti po tome što je središte supralateralnog luka nešto sjajnije (tamo gdje se ta dva luka dodiruju), i malo lijevo i desno od tog mjesta vide se krajevi cirkumzenitalnog luka kako se odvajaju od supralateralnoga. Ponekad se naziva i izokrenuta duga ili nebeski smiješak. [2]
Cirkumzenitalni luk je pojava srodna cirkumhorizontalnom luku, također ponekad zvana "vatrenom dugom". On nastaje kada je Sunce niže od 32° na nebu. Radi se o kristalima iste veličine i orijentacije kao i kod cirkumhorizontalnog luka, no zbog niže visine Sunca svjetlost u njih ulazi kroz gornju bazu, lomi se i izlazi kroz bočnu stranicu. Kad je Sunce bliže obzoru, cirkumzenitalni luk je veći, uži i sjajniji, a kad je Sunce više (no unutar granice od 32°) deblji je, kraći i manje sjajan. Najbolje se vidi kad je Sunce kutna visina oko 20° visoko. [3]
Objašnjenje
Halo su svjetlosne pojave u obliku prstenova, lukova, svjetlosnih ploha, stupova i točaka, koje nastaju ako se između Sunca i Mjeseca i oka promatrača nalazi tanak sloj oblaka (cirusa ili cirostratusa) koji se sastoje od ledenih kristala. Pojava se najbolje vidi ako gustoća oblaka nije tolika da bi sakrila Sunce. Pojava haloa može nastati i onda kad se svjetlosni izvor nalazi iza oborinskih pruga iz oblaka, koje ne dosežu tlo (takozvane virge), a i u blizini tla kad je magla od ledenih kristala.
Halo se pojavljuje u različitim oblicima, a može se raspodijeliti u dvije glavne grupe: halo koji se pojavljuje u obliku kruga oko Sunca, iznutra crvenkaste boje, najčešće kutnog promjera 22° (22° halo ili mali halo), a rjeđe 46° (46° halo ili veliki halo), od kojih prvi ima i takozvana lažna Sunca ili parhelije, te halo koji nije obojen (bijel), u obliku vodoravnog kruga ili pak svijetlih stupova.
Prvu teoriju haloa dao je E. Mariotte i vezana je za prisutnost ledenih kristala u atmosferi. Ledeni se kristali pojavljuju u veoma različitim oblicima, no halo se vidi kod određenih najjednostavnijih oblika kristala, i to kod heksagonalnih pločica, heksagonalnih stupića (prizmice), katkada s heksagonalnom pločicom s obje strane, kod međuoblika kristala, na primjer kratke prizmice s otprilike jednakom visinom i širinom, kod prizmica sa šiljkom i slično.
U atmosferi različiti ledeni kristali obično zauzimaju određenu srednju orijentaciju tako da bi im otpor zraku u padu bio maksimalan i pri tom se njišu. Ustanovljeno je da pločice padaju tako da im je os c okomita, kratke prizmice orijentiraju se proizvoljno u svim smjerovima, dok duge prizmice padaju tako da im je os c vodoravna. Ledeni kristalići s bridovima većim od 0,5 μm teže da rotiraju u padu.
U teoriji haloa valja uvažavati orijentaciju glavne osi c kristala. Kad je glavna os c orijentirana vodoravno ili okomito, pojavljuje se strogo orijentirani halo, a kad je ta os orijentirana u svim mogućim smjerovima, tad se halo oblikuje u obliku vodoravnog kruga, kojemu se u središtu nalazi Sunce.
Otklon zrake nakon prolaza u ledenom kristalu jest:
Kao i kod duge, najjaču jakost (intenzitet) svjetla nakon prolaza kroz kristal pojavljuje se kod zraka koje imaju minimalni otklon Dmin što je određeno uvjetom:
gdje je: α - kut ledene prizmice (ovdje 60° ili 90°), a n - indeks loma za led.
Za razliku od duge, kod koje na istu kapljicu upadaju zrake svjetlosti pod različitim upadnim kutovima, u kristalnom oblaku potrebno je mnoštvo kristala, koji su prema upadnim zrakama izloženi pod različitim upadnim kutovima, pa samo one zrake Sunca ili Mjeseca koje upadaju pod kutom umin stvaraju svijetlu, najmanje otklonjenu zraku (druge zrake stvaraju samo blijedu opću pozadinu na udaljenosti od Sunca, koje je veće od Dmin). Većina haloa dade se objasniti jednostavnim zakonima loma svjetlosti na prizmama s kutovima 60°, odnosno 90°. Dobivanje različitih oblika haloa ovisi pod kakvim upadnim kutom zahvaćaju zrake svjetlosti pločice ili heksagonalne prizmice, odnosno kakva je orijentacija kristala.
Halo u obliku kruga oko Sunca, koji ima kutni polumjer 22° (22° halo) i kutnu širinu približno 1,5°, najčešći je od svih haloa (90% slučajeva). Nastaje otklonom na prizmicama s kutom 60° kao svjetlosni prsten, često prljavo crven ili smećkaste boje, katkada bjelkaste boje. Idući prema vanjskom rubu prstena, zapaža se bijeli veo, kojemu jakost (intenzitet) svjetlosti prema vani opada, a nastaje preklapanjem boja.
Halo u obliku prstena s kutnim polumjerom od 46° (46° halo), često lijepo obojen, obično se vidi samo u dijelovima. Nastaje minimalnim otklonom na dugim i kratkim prizmicama s kutom 90°, koje su proizvoljno orijentirane. Jakost haloa je dosta slaba.
Uz halo u obliku prstena s kutnim polumjerom od 22°, ako je oblačni pokrov cirostratusa homogen, katkada se može zapaziti takozvani parhelijski krug, koji okružuje nebo paralelno s obzorom (horizontom), a prolazi kroz Sunce i parhelije (lažna Sunca). Nastaje refleksijom na okomitim plohama pločica ili dugih prizmica, ali se rijetko pojavljuje. Na ovom se krugu na suprotnoj strani od Sunca pojavljuje protusunce (antihelij) i 60° od njega u stranu parantiheliji kao bijele svijetle mrlje nastale unutrašnjom refleksijom na kristalićima.
Uz taj halo nastaju dosta često i gornji i donji tangencijalni lukovi kosim prolazom zraka svjetlosti s obzirom na glavnu ravninu dugih prizmica s kutom 60°, te lažna Sunca ili pasunca, odnosno pamjeseci (parheliji i parselene), također kosim prolazom zraka svjetlosti kroz okomito orijentirane pločice. Pasunce je česta pojava uz halo i najsjajnija je od svih halo oblika s lijepim bojama i bijelim repom prema vani. Kako se Sunce podiže na nebu, pasunca se udaljuju od Sunca, a poklapaju se s haloom kad se Sunce približava obzoru.
Tangencijalni lukovi oko haloa u obliku prstena s kutnim polumjerom od 46° prilično su česti i jaki (intenzivni), sa čistim bojama nalik na dugine boje. Poput cirkumzenitnog luka, i ova pojava nastaje lomom na prizmicama s kutom 90°, vodoravno orijentiranim (cirkumzenitni luk na okomito orijentiranim pločicama). Cirkumzenitni luk ne nastaje ako je Sunce iznad 32,3° iznad obzora. Okomiti stupovi nastaju u produženju Sunca kao posljedica refleksije na pobočnim plohama dugačkih prizmica ili osnovnim plohama pločica.
| Boja | Pripadni indeks loma za led n | Pripadni upadni kut umin za kut prizme α = 60° | Pripadni upadni kut umin za kut prizme α = 90° |
|---|---|---|---|
| Ljubičasta | 1,317 | 22° 22' | 47° 16' |
| Žuta | 1,310 | 21° 50' | 45° 44' |
| Crvena | 1,307 | 21° 34' | 45° 06' |
