CreatZy Physics Notes: March 2009

Hê, hôm trước, mùng 4 tháng 3, lúc ăn cơm trên shokudou của JAIST, mình tình cờ bắt gặp một vầng ngũ sắc lạ ở phía Mặt Trời đang lặn xuống. Báo cho bạn Tuấn thì bạn ấy chụp được tấm ảnh này:

Vì nó nằm về phía Mặt Trời nên mình biết không thể là ~~cầu vồng~~. Nghi là Mặt Trời Giả (sundog), nhưng tìm cái Mặt Trời Giả còn lại ở phía bên trái thì không thấy, nên cũng chẳng biết là cái chi. Lại thêm thắc mắc vì hôm đấy trời nắng ấm, chẳng lạnh lẽo gì để cho hơi nước đọng lại thành những tinh thể băng mà tạo nên cái Mặt Trời Giả đó!? Thật là phi lý!

Nhưng trên đời chẳng có gì là phi lý cả! Hôm sau mình tìm hiểu thì mới biết là ngay cả ở Việt Nam ta, hồi năm ngoái cũng đã xuất hiện nhiều quầng băng ở Đà Nẵng, Huế, và TP.HCM. Thậm chí ở sa mạc cũng có thể thấy những quầng băng này cơ mà! Nguyên do là những quầng băng này được tạo nêo bởi những đám mây ti mang tinh thể băng ở tít trên cao, chứ không phải bởi các tinh thể băng lơ lửng trong không khí.

Quầng băng ở Đà Nẵng hôm 15/09/2008 (ảnh: Bửu Lân, VTC News):

... và hôm 15/09/2008 (ảnh: Bửu Lân, VTC News):

Quầng băng ở TP.HCM hôm 13/06/2008 (ảnh: CLB Thiên Văn Nghiệp Dư TP.HCM - HAAC):

Quầng băng ở sa mạc Negev, Israel (ảnh: amirber)

... và sa mạc Sonoran, USA (ảnh: Christopher Talbot Frank)

Và hiển nhiên, không thể thiếu...
quầng băng ở bãi trượt tuyết Ichirino hôm 5/03/2009 (ảnh: Lê Xuân Định)

... còn với những tấm ảnh sau, ngoài hiệu ứng ánh sáng do các tinh thể băng tạo ra (quầng băng), ta còn có thể thấy hiệu ứng do các tinh thể thuỷ tinh của chính ống kính máy ảnh tạo ra (lens flare):

_____________________________________________________________________

Nói về các hiện tượng quang học trong khí quyển như cầu vồng, quầng băng, mặt trời giả, v.v. thì trang Atmospheric Optics là một nguồn tham khảo gần như hoàn chỉnh. Nói tóm lại thì có 4 "vòng ngũ sắc" khác nhau tiêu biểu như sau:

Thuật ngữ:
- nguồn sáng S: Mặt Trời hoặc Mặt Trăng
- điểm quan sát Q: mắt người quan sát, hoặc máy ảnh, v.v.
- tâm O: tâm vòng ngũ sắc, trùng với nguồn sáng O ≡ S, hoặc đối diện với nguồn sáng OQ ＝－SQ
- góc lệch OQt: góc giữa hai tia từ điểm quan sát, đến tâm O và đến một điểm trên vòng ngũ sắc. Vì các vòng ngũ sắc này thường tròn nên góc này cũng thường là góc định nghĩa độ lớn của vòng ngũ sắc. Chú ý rằng góc lệch này bằng một nửa góc mở của vòng ngũ sắc, nhìn từ điểm quan sát.

Về phía đối diện với nguồn sáng:
- Cầu Vồng (Mưa) - Rainbow: Góc lệch (tối đa) 42º của màu đỏ ở ngoài cùng, được tạo bởi các giọt mưa nhỏ li ti. Tia sáng từ nguồn sáng bị khúc xạ khi đi vào/ra các giọt nước mưa, và bị phản xạ ở đáy giọt nước mưa. Vì ánh sáng Mặt Trăng yếu nên cầu vồng Mặt Trăng thường không thấy được màu sắc.
  Ngoài nước mưa, bất kỳ chỗ nào có nước phun tạo ra giọt nhỏ tương tự đều có thể thấy cầu vồng, như ở thác nước, ở vòi phun nước, v.v. Những hạt hơi nước trong sương mù hay trong mây cũng có thể tạo ra cầu vồng, tức cầu vồng sương - fogbow, cầu vồng mây - cloundbow, nhưng mờ nhạt hơn nhiều so với cầu vồng mưa.
- Hào Quang - Glory: Góc lệch nhỏ, từ 0º của màu tím đến khoảng 20º của màu đỏ, được tạo bởi các hạt hơi nước có kích thước rất nhỏ ở tầm vài chục μm. Sóng ánh sáng đi từ nguồn sáng đến các hạt hơi nước bị nhiễu xạ ở thành hạt và bị phản xạ ở đáy hạt. Vì nhiễu xạ bị ảnh hưởng bởi độ dày cách tử nên góc lệch của hào quang tỉ lệ nghịch với bán kính hạt hơi nước. Vì góc lệch bắt đầu từ 0º nên vòng ngũ sắc này bao quanh bóng của đầu người quan sát, giống với hình ảnh "hào quang" trong tôn giáo, nên được gọi là hào quang.
Về phía nguồn sáng:
- Quầng (Băng) - (Ice) Halo: Góc lệch (tối thiểu) 22º của màu đỏ ở trong cùng, được tạo bởi những tinh thể băng hình lục giác. Tia sáng từ nguồn sáng đi xuyên qua các tinh thể băng, bị khúc xạ 2 lần lúc vào và ra khỏi tinh thể. Các tinh thể băng thường tồn tại trên các đám mây ti ở khắp nơi trên Trái Đất, trên các tầng cao của không khí ở những vùng lạnh, hoặc ở ngay sát mặt đất dưới dạng bụi băng - diamond dust ở những vùng cực lạnh.
  Quầng băng có thể được cấu tạo phức tạp, ngoài vòng ngũ sắc 22º(icebow) còn có thể có Mặt Trời Giả - Sundog ở hai bên Mặt Trời, hoặc/và Cột Mặt Trời bắt đầu từ Mặt Trời kéo dài lên trên, v.v.
- Tán - Corona: Góc lệch nhỏ, từ mép nguồn sáng đến màu đỏ rồi màu tím khoảng 20º, được tạo bởi các hạt (hơi nước, bụi, phấn hoa, ...) có kích thước rất nhỏ ở tầm vài chục μm. Sóng ánh sáng đi từ nguồn sáng đến các hạt đó bị nhiễu xạ ở thành hạt. Vì nhiễu xạ bị ảnh hưởng bởi độ dày cách tử nên góc lệch của tán tỉ lệ nghịch với bán kính hạt. Vì góc lệch nhỏ và Mặt Trời quá chói nên tán Mặt Trời thường khó quan sát và ít được chú ý hơn nhiều so với tán Mặt Trăng.

Nói về halo và corona, mình dùng
quầng = halo và tán = corona
cho hợp với câu tục ngữ
Trăng quầng thì hạn, trăng tán thì mưa
của ông bà để lại. Nhưng hình như các nhà khí tượng học đã dùng ngược lại, tức:
tán = halo và quầng = corona ???

Ủng hộ cho mình có:
- Tiếng Trung Quốc và tiếng Nhật đều dịch ice halo là 暈(vựng) chính là chữ Nôm của chữ quầng.
- ĐH Thuỷ Lợi, khoa Thuỷ Văn Môi Trường: Tại sao xung quanh Mặt trời và Mặt trăng xuất hiện vầng hào quang?; VNExpress: Những bầu trời lạ; trường THPT Cầm Bá Thước: Có thể đồng thời nhìn thấy ba mặt trời hay không?; CLB Thiên Văn Nghiệp Dư TP.HCM - HAAC: Các hiện tượng thời tiết - khí tượng

Phản đối mình có:
- Dương Trọng Bái , Vũ Thanh Khiết: Từ điển vật lí phổ thông
- Hoahoc.org: Tặng các em một số câu hỏi về môn Vật Lí; Trung tâm Tư liệu Khí tượng Thuỷ văn: Cơ sở dữ liệu KTTV: Các yếu tố Khí tượng Thủy văn (???)

Posted by ComputerBoy at 4:12 PM and has 2 comment(s)