氣象講場︱直擊飛機神秘多層彩光環 或積冰警號 嚴重可失速墜落 罕有高清片曝光

蘋果日報 2021/02/19 09:18

彩光環天氣天文台飛機日本

日本是不少港人的「家鄉」,以往新春很多人都「返家鄉」避年,但武漢肺炎肆虐全球逾年,「同鄉」惟有重溫舊照,望梅止渴,一解「思鄉」情。《蘋果》記者翻看手機,發現1年多前乘飛機經過富士山,罕有以高清影片捕捉到兩至三層「彩光環」包圍飛機黑影的過程。天文台解釋,這種神秘「佛光」是陽光經雲裏或霧中的水滴反向散射而成的大氣光學現象,但這也可能是飛機積冰的警號。若嚴重積冰,可令飛機失速墜落。
記者 李鈺廷

背向太陽才見 外環暗過內環

記者2019年12月31日凌晨搭飛機,由香港前往日本東京,在當地時間早上8時許途經富士山,近9時成功降落。記者望出窗外時,背向太陽,當經過富士山後數分鐘,飛機黑影便被兩至三層相同圓心的彩光環所包圍,歷時約分半鐘。其間飛機黑影疑因陽光受阻,時大時細,時清時朦,甚至霎時消失。而包圍黑影的彩光環,亦一度若隱若現,但較飛機黑影穩定。彩環的內環明顯較外環光亮。
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《蘋果》記者望出窗外時,背向太陽,當經過富士山後數分鐘,飛機黑影便被兩至三層的彩光環所包圍,歷時約分半鐘。李鈺廷攝、相片經調暗
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當乘客望出窗外時,背向太陽,加上天氣和光學條件配合,就看到雲層上飛機的黑影被彩光環圍繞。天文台網頁圖片
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《蘋果》記者望出窗外時,背向太陽,當經過富士山後數分鐘,飛機黑影便被彩光環所包圍,歷時約分半鐘。李鈺廷攝
2011年退休的天文台前台長李本瀅,亦曾在飛機拍攝到這種彩光環,並撰文介紹。2011年時任天文台高級學術主任的趙孔儒,更以〈神秘的彩光環〉為題,撰長文深入解說。李本瀅當時指,世界其他地方曾觀察到主光環被3至4個更大的光環所圍繞。實驗結果顯示,這些光環是陽光在水滴內反向散射而產生。陽光從水滴邊沿折射入內,並在水滴內反射,再從水滴另一端的邊沿、幾乎反方向離開,有如被水滴反彈回頭。

異於彩虹 或經「繞射+干涉」形成

趙孔儒則補充,彩光環與普通彩虹不同,「幾何光學」不能解釋其形成,當中的物理機制複雜,即使至現代,仍未被科學家完全瞭解,僅可運用數學和理論在電腦模擬出來。由於光線是電磁波,荷蘭有天文學家早在1947年就以「波動光學」來解釋彩光環,認為這是由水滴兩側反向散射出來的光線,經「繞射」和互相「干涉」而形成。至2005年,有科學家認為經水滴兩側反向射出的兩組光線,已可互相「干涉」形成彩光環。
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彩光環與普通彩虹不同,「幾何光學」不能解釋其形成,當中的物理機制複雜,即使至現代,仍未被科學家完全瞭解,僅可運用數學和理論在電腦模擬出來。原圖取自Philip Laven網站
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陽光從水滴邊沿折射入內,並在水滴內反射,再從水滴另一端的邊沿、幾乎反方向離開。有學者認為,由水滴兩側反向散射出來的光線,經「繞射」和互相「干涉」,就形成彩光環。天文台網頁圖片
彩光環通常要落在雲或霧等近白色背景,才能被察覺。趙孔儒又指出,水的表面張力,正好確保空氣中的水滴呈球形。有學者發現,大多數彩光環都是由4和25微米半徑的球形水滴所形成。亦有學者認為,由雲中約10微米半徑的水滴所形成的彩光環,一般都較為清楚。但當水滴越大,彩光環就越縮小,並且變得不明顯。而當水滴大小一致時,彩光環則較明亮,色環傾向重複顯示,而且顏色純度較高。

登山都有彩光環 又名「幽靈」

要一睹彩光環的風采,不一定搭飛機才可踫運氣,遠足登高都有機會。趙孔儒解釋,臨近日落或日出時分,太陽高度較低,當陽光從登山者後方照射過來,登山者黑影會被拉長和放大,投射到霧或雲上。若天氣和光學條件配合,登山者黑影的四周,就被一系列相同圓心的彩光環包圍,又稱為「布羅肯幽靈(Brocken Spectre)」。雖然每名登山者可看到其他人的黑影,但他們只能看到自己黑影頭上的彩光環。
隨着手機廠商日益改良拍攝功能,要捕捉彩光環已不比昔日般困難。天文台社交網站於2018年8月和2019年2月,分別轉載市民在飛機和遠足時所拍攝的彩光環照片。不過能高清拍下飛機彩光環變化的影片,網上幾乎絕迹。《蘋果》記者今次則罕有以高清影片,捕捉到兩至三層「彩光環」包圍飛機黑影的過程。
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當登山者背向陽光,若天氣和光學條件配合,其黑影的四周就被一系列相同圓心的彩光環包圍,又稱為「布羅肯幽靈(Brocken Spectre)」。天文台網頁圖片
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若天氣和光學條件配合,登山者黑影的四周,就被一系列相同圓心的彩光環包圍,又稱為「布羅肯幽靈」。天文台社交網站於2019年2月轉載此照片。網民Leung Yu Po拍攝、社區天氣觀測計劃Facebook群組圖片
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當水滴越大,彩光環就越縮小,並且變得不明顯。而當水滴大小一致時,彩光環則較明亮,色環傾向重複顯示,而且顏色純度較高。天文台社交網站於2018年8月轉載此照片。網民CM Tam拍攝
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2011年退休的天文台前台長李本瀅,亦曾在飛機拍攝到這種彩光環。

彩光環或預警飛機積冰

趙孔儒特別提到,若在溫度低於冰點以下濃密厚雲層上看見彩光環,這可能是飛機積冰的警告信號。他解釋,只有當雲層含有相當數量在冰點以下、但尚未凝固並維持液態的「過冷水滴」時,彩光環才可能被看見。由於機身溫度低於冰點,當過冷水滴接觸到飛機,就立即在飛機表面凝固結冰。因此,若飛機飛進這些能在高空產生彩光環的雲時,便可能遇到積冰。
天文台高級科學主任張冰2014年曾撰文講解積冰的危險。積冰除增加飛機重量,白白消耗燃油外,凝固在機身的冰塊外表粗糙,也改變飛機原本的流線外形,大大增加空氣阻力。當有積冰的機翼展開時,飛機的抬升力反而減少。積冰亦可能損毁外露的通訊天線,妨礙機師與地面溝通,或令機身外的探測儀器失靈。2009年,法國航空1架客機的速度感應器可能結冰,結果令航速計算出錯。飛機最終失速墜落大西洋,全機228人喪生。
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