7月8日傍晚，一名网友在广东河源紫金拍到
“天空的微笑”
，相当幸运。
“天空的微笑”是一种名为“环天顶弧”的天文现象，也被称为“倒挂的彩虹”。
环天顶弧属于冰晶晕的一类。那么，什么是冰晶晕？
冰晶晕又称大气晕族或冰晕（以下称为“冰晕”），是一类由大气中的冰晶折射和反射光线所形成的光学现象
，表现为天空中出现的白色或彩色的光环、光斑和光弧。冰晕的种类更为多样，形态也更为丰富，具备更高的观赏性。
为何大热的天会有“冰”？冰晶一般在高空形成，高空气温比地面低，有利于水汽凝结，地表的热并不影响高空冰晶的形成。此外，冰晶肉眼几乎不可见，需要借助显微镜观察。
2023年2月2日，北京上空出现日晕、双侧幻日、环天顶弧、反日弧等冰晕组合。图/北京日报
能够形成冰晕的冰晶，按形态来说，柱状冰晶（简称“柱晶”）和片状冰晶（简称“片晶”）最为常见，都是六棱柱冰晶。
需要了解的是，当光线依次通过晶体的两个面（一个面射入，一个面射出）时会发生两次折射，入射面、射出面会形成一个夹角，而入射光线和射出光线也会形成一个夹角，叫作“偏向角”。偏向角存在一个最小的偏转角度，在这个角度上出射光线最为密集，被称为“最小偏向角”。而最小偏向角的大小又与入射面、射出面的夹角大小相关。
黄色面表示光线经过冰晶的入射面或射出面。左为入射面、射出面的夹角为60°的折射，右为入射面、射出面的夹角为90°的折射；图片上方是片晶的折射，图片下方是柱晶的折射（示意图）
接下来，派派君将以冰晕的“最小偏向角”进行分类，一一介绍相对容易被观测到的22°冰晕、46°冰晕和常见类型。
“深度烧脑”的科普知识来了，你准备好了吗——
22°冰晕（入射面、射出面夹角60°）
当光线从六棱柱冰晶的一个侧面射入，从相间的一个侧面射出时，此时入射面、射出面夹角为60°。经过计算，此时光线的最小偏向角约为22°。
22°晕（小晕）
22°晕是最常见的一种冰晕，一般出现在春夏季节，也被称为“小晕”。我们常说的“日晕”大部分都是指它。
“日晕”奇观宛如一圈“花环”。 图/深圳晚报
今年的4月10日是“龙年龙月龙日”，当天深圳天空出现的日晕就是22°晕。在太阳的周围能看到一圈明显的光圈，日晕的颜色顺序是从内向外依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
深圳出现日晕奇观。图/深圳晚报
深圳之所以出现22°晕，是因为在5000到6000米的高空中，出现了由冰晶构成的卷层云。云层中冰晶含量越高，阳光产生折射后，所呈现的“日晕”形状就会越小，光环也就越显著，更容易让人观察到。
因为很常见，所以全国南北都有网友发现过它的踪迹↓
2024年5月21日，昆明出现22°晕。图/昆明发布
2024年4月30日，北京天空出现22°晕。图/中国天气
22°幻日
22°幻日在我国也比较常见。2019年12月31日8时左右，吉林扶余市的一些居民看到天空中出现了3个“太阳”，引发网友关注。
吉林扶余天空中出现了3个“太阳”，左右两个太阳即是22°幻日。视频截图
22°幻日，就是上图中居于太阳两侧的两个对称的亮斑。
它的出现条件比22°晕苛刻了些：首先需要零下20℃以下的低温；其次，出现的时间多是在日出之后到上午这个时间段；此外，空气中还要有比较丰富的冰晶。
2023年1月12日上午，内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区，日出后天空上方出现“幻日”奇观。图/呼伦贝尔气象局
可能有小伙伴要提问了：出现22°幻日的时候，也能隐隐约约看到一个光环，22°幻日有没有可能出现在22°晕上？
答案是：会！当太阳高度较低时就会出现这种情况。在2023年2月2日，北京天空就出现22°晕和22°幻日同时出现的情况，甚至“天空的微笑”也出来露了个面。
图/北京发布
22°弧（上/下切弧）
上/下切弧也可叫作22°弧。上/下切弧是常见冰晶晕里形态最特殊的一种，形态受太阳高度影响极大。太阳高度较低时，它们是分离的“V”字形光晕，分别居于22°晕的上下两侧。
2023年2月2日，北京上空出现的上切弧呈“V”字形，外切22°晕。图/中国天气
外接晕是上/下切弧的一种特殊形式。当太阳高于约35°时，二者连为一体，变成套在22°晕周围的类椭圆形的晕圈，称为外接晕。太阳越高，外接晕就越圆。外接晕和22°晕同时出现时，其强度通常要高于后者。
2023年4月7日，泰山之巅出现22°晕、上下切弧和外接晕。图/泰山景区
46°冰晕（入射面、射出面夹角90°）
当光线从六棱柱冰晶的一个底面射入，从一个侧面射出时，此时入射面、射出面夹角为90°。经过计算，此时光线的最小偏向角约为46°。
46°晕（大晕）
与22°晕相对应，22°晕是小晕，而46°晕就是大晕。相比22°晕，46°晕要罕见许多。它较为暗弱，也更加难以被注意到。2023年2月2日上午10时，北京上空突现组合冰晕，46°晕也难得出现了。
媒体报道视频里出现了46°弧，但可惜在视频截图里几乎看不出来。图/都市报道
想要观测到46°晕，或许只能在出现较强的22°晕时留意了。
22°晕外部暗弱的46°晕。网络图
环天顶弧
环天顶弧，顾名思义就是环绕“天顶”的弧，表现为靠近天顶的接近半圆的彩弧，颜色上蓝下红。它在外观上类似彩虹，但不同的是，彩虹是通过水滴折射形成的。
环天顶弧的光折射示意图
弧的大小常会随太阳高度变化而变化，太阳越高，弧半径越小；当太阳高度高于32°时，它就消失不见。所以在中纬度地区，环天顶弧主要出现在早晨和傍晚。
2021年12月8日，济南上空出现环天顶弧。图/闪电新闻
环地平弧
环地平弧，顾名思义就是环绕“地平（线）”的弧。它与地平线平行，颜色上红下蓝。环地平弧又称“日载”或“日承”现象，民间也有彩虹云和火焰彩虹的说法。
环地平弧的光折射示意图
有读者可能发现了，环地平弧和环天顶弧的颜色刚好是反过来的。
这是因为，形成环地平弧的光线是从冰晶的侧面进入，在底面射出；而形成环天顶弧的光线是从冰晶的上平面进入，在侧面射出。
2024年5月14日中午，北京国家植物园北园上空出现环地平弧。图/中国天气
环地平弧更多出现在中午前后，且主要出现在夏季的中纬度地区，越往两极越少见。
2024年5月14日11时许，北京天空出现环地平弧。图/新京报
上/下侧弧
上/下侧弧表现为太阳上部、两侧或下部的彩弧。它们的色散程度高，色彩非常鲜艳，非常容易被误认为彩虹。
2023年2月15日早晨在北京百花山国家级自然保护区，出现了上切弧，上侧弧天象。图/北京卫视
上侧弧与46°晕有时也容易混淆。区别方法是，46°晕是正圆形，而上侧弧的曲率与其有差别。上侧弧通常比46°晕更为显眼。
下侧弧与环地平弧相切，有时也难以分辨。当两者同时出现时，下侧弧的两端一般居于环地平弧之上。
还有包含反射的常见冰晶晕——
这些冰晶晕的光路中包含反射，但是它们的光路相对简单，出现频率也比其他罕见冰晶晕高得多。所以在这里，也做一些简单介绍。
幻日环
幻日环贯穿太阳，是与太阳高度一致的白色圆环，古代所说的“白虹贯日”说的就是它。它的大小会随太阳高度发生巨大的变化：太阳较低时居于地平线附近，环绕全天；太阳较高时收缩得很小，甚至可以完全处于22°晕以内。
天空中同时出现了日晕、珥（幻日）、背（上切弧）、白虹贯日（幻日环）。图/中国国家地理
2022年4月7日11时30分左右，辽宁海城天空就曾出现过幻日环，太阳犹如闪闪钻石镶嵌在光晕上。
幻日环。图/中国天气
日柱
当气温很冷时，冰落地会成平板状。若这时太阳正好升起或落下，冰晶反射的阳光就几乎完全垂直，从而产生日柱效应。
2016年12月26日，内蒙古自治区锡林郭勒盟19时30分曾出现日柱现象，持续了两个小时。当时室外气温为零下20℃，天晴无风，利于观测。
图/上游新闻
映日
映日是一种出现于地平线以下（当光源在地平线以上时）的冰晶晕，因此要想观测到映日，最佳的地点是飞机上或高山地区。
映日出现在太阳的正下方，与太阳到地平线的距离相等，是一个明亮的光斑。
写在最后：冰晕奇观，一文写不完
大自然的鬼斧神工让人惊叹，一篇文章也难以囊括所有的冰晕。本文按“最小偏转角”分类，也仅挑选了相对常见的22°、46°进行介绍，还有9°、18°、20°、22°、23°、24°、35°等视角的冰晕。根据分类方法的不同，还有Parry弧、Lowitz弧等冰晕。
此外，不同的冰晕偶尔也会组合着“打包”出现，由此带来形态丰富的罕见天文奇观。比如前不久，5月19日甘肃陇南就曾出现22°晕和环地平弧同框的现象。
2024年5月19日甘肃陇南上空22°晕和环地平弧同框。图/荔枝风景线
2021年1月15日，内蒙古呼伦贝尔市牙克石市图里河镇出现罕见组合冰晕，不仅出现了幻日和环天顶弧，而且出现了幻日环、Parry弧、Lowitz弧、22°日晕、上侧弧和上切弧。
2021年1月15日内蒙古呼伦贝尔市牙克石市图里河镇上空出现罕见组合冰晕。图/人民日报
2022年1月9日，新疆赛里木湖上空出现了罕见绝美的冰晕现象——特里克尔反日弧，这种现象也有个超级霸气的名字——万华镜旋之空。特里克尔反日弧的光路曲折，产生需要大气冰晶极多、质量奇高，折射的光线光学强度非常强。据统计，万华镜旋之空在我国有记录以来仅出现5次，足见其稀罕。
2022年1月9日新疆赛里木湖出现“万华镜旋之空”。图/中国气象局
你还知道什么有趣的冰晶晕现象吗？欢迎留言~
（参考资料：
@广东天气
、中国天气网、上海市天气、新京报、深圳晚报、浙江经视、中国气象科普、央视新闻、
@北京卫视
、
@都市报道
、中国国家地理、上游新闻、昆明发布、北京青年报、新京报、闪电新闻、澎湃新闻、泰山景区、人民日报、
@中国气象局
、北京日报等）
话题主持 | 记者 陈睿智
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