천정호
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1. 개요
천정호는 '거꾸로 무지개', '하늘의 미소' 등으로 불리며, 태양의 바로 위쪽을 중심으로 하는 호(弧) 형태의 대기 광학 현상이다. 수평으로 형성된 육각형 얼음 결정에 의해 발생하며, 태양 쪽은 붉은색, 반대쪽은 보라색을 띤다. 태양 고도가 32.2° 미만일 때 관측 가능하며, 22°일 때 가장 밝게 나타난다. 달의 빛에 의해 발생하는 '달 천정호'도 존재하며, 물컵 실험을 통해 인공적으로 만들 수도 있다.
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| 천정호 | |
|---|---|
| 현상 개요 | |
| 종류 | 광학 현상 |
| 발생 원인 | 햇빛이 얼음 결정을 통과하면서 굴절되어 발생 |
| 관련 현상 | 무리해 현상 |
| 특징 | 태양의 반대 방향에 나타남 무지개색을 띔 천정을 중심으로 호를 그림 |
| 상세 정보 | |
| 형성 과정 | 햇빛이 대기 중의 육각 기둥 모양의 얼음 결정에 입사 얼음 결정 내부에서 두 번의 굴절을 거침 (90° 각도로 굴절) 굴절된 빛이 얼음 결정의 다른 면으로 빠져나옴 |
| 색상 | 붉은색: 호의 가장자리에 위치 푸른색/보라색: 호의 안쪽에 위치 (태양과 가까운 쪽) |
| 관측 조건 | 맑은 날씨 대기 중에 적절한 양의 얼음 결정 존재 태양의 고도가 낮을 때 (약 32.2° 이하) 더 잘 보임 |
| 추가 정보 | |
| 유사 현상 | 채운: 태양 기둥과 유사한 현상 |
| 주의 사항 | 태양을 직접 쳐다보는 것은 눈에 해로울 수 있으므로, 관측 시 주의가 필요함 |
2. 명칭
천정호는 종종 '거꾸로 무지개'라고도 불리며, 서양에서는 '하늘의 미소(the grin in the sky)'라고도 불린다.[12] 일본에서는 '환천정호(環天頂弧)', '천정환(天頂環)', '천정호(天頂孤)' 등으로도 부른다.
천정호는 권운 구름 속의 육각 판상형 얼음 결정에 의해 발생한다.[14][15] 바람이 약하게 불 때, 이 얼음 결정들은 낙하하면서 공기 저항 때문에 육각형 면이 지면에 수평을 이루며 떠 있게 된다. 이 얼음 결정의 윗면에 들어간 빛이 옆면으로 나올 때, 결정이 꼭짓각 90°의 프리즘 역할을 한다. 빛의 파장에 따라 얼음 결정의 굴절률이 달라지기 때문에 빛이 나뉘어 여러 색깔로 보인다.
천정호는 태양 바로 위쪽을 중심으로 하는 호로, 태양 쪽이 붉은색, 반대쪽이 보라색이다. 햇무리나 환일과 달리, 천정호는 색이 보이는 위치가 겹치지 않아 선명하게 분리되는 특징이 있다.[13]
3. 형성과정
태양의 고도가 32°보다 높으면 얼음 결정에서 빛이 나올 때 전반사되어 천정호가 나타나지 않는다.[13]
4. 특징
천정호가 나타나는 고도는 태양 고도에 따라 달라진다. 태양이 지평선에 있을 때 천정호 고도는 58도이다. 태양 고도가 32도이면 천정호는 천정에 위치하며, 이보다 높으면 나타나지 않는다. 즉, 천정호는 58도에서 90도 사이에서 나타난다.[13] 중심각은 태양이 지평선 부근에 있을 때 약 108도이며, 고도가 높아질수록 커진다.
천정호는 환일처럼 구름(권운) 속 육각판상 빙정에 의해 발생하며, 바람이 약할 때 나타난다.[14][15] 빙정은 낙하하면서 공기저항으로 육각형 면이 지면에 수평을 이루며 떠 있게 된다. 태양 고도가 32도보다 높으면 빙정에서 빛이 전반사되어 천정호가 나타나지 않는다. 빙정의 굴절률은 빛의 파장에 따라 달라져 빛이 나뉘어 보인다.
이 현상은 얼음 결정이 공통 방향을 가져야 하므로, 난류와 수직 기류가 없을 때만 발생한다.[6]
4. 1. 달 천정호
모든 고리와 마찬가지로, 천정호는 태양뿐만 아니라 달의 빛에 의해서도 발생할 수 있는데, 이를 '''달 천정호'''라고 한다.[7] 달 천정호는 달이 충분히 밝아야 하기 때문에 태양 천정호보다 드물게 나타나며, 이는 일반적으로 보름달 즈음에만 해당한다.
5. 인공 천정호
물컵 실험(최소 1920년부터 알려짐[8], 오른쪽 이미지 참조[9][10])을 사용하여 인공 천정호를 만들 수 있다. 물이 거의 채워진 원통형 유리잔의 상단 공기-물 경계면을 얕은 각도로 비추면 빛이 물 속으로 굴절된다. 유리잔은 테이블 가장자리에 놓아야 한다. 원통 측면에서의 두 번째 굴절은 왜곡 광선 굴절이다. 전체 굴절은 회전 평균을 고려할 때 수직 육각형 판 결정체를 통과하는 굴절과 동일하다는 것이 밝혀졌다. 그러면 바닥에 다채로운 인공 천정호가 투영되어 나타날 것이다.[11] 다른 인공 후광도 유사한 방법으로 만들 수 있다.
참조
[1]
간행물
Mémoire sur les halos et les phénomènes optiques qui les accompagnent
J. de l' École Royale Polytechnique
1847
[2]
간행물
"Frequency analysis of the circumzenithal arc: Evidence for the oscillation of ice-crystal plates in the upper atmosphere,"
J. Opt. Soc. Am.
1979
[3]
웹사이트
Circumzenithal Arc
http://www.atoptics.[...]
2023-09-16
[4]
웹사이트
CZA - Effect of solar altitude
http://www.atoptics.[...]
2023-09-16
[5]
웹사이트
Ice halos: physics of the circumzenithal arc
http://iapetus.jb.ma[...]
[6]
웹사이트
Who, What, Why: How common are upside-down rainbows?
https://www.bbc.co.u[...]
2016-01-18
[7]
웹사이트
OPOD - Lunar Circumzenithal Arc
http://www.atoptics.[...]
2023-09-16
[8]
서적
Gilbert light experiments for boys
https://archive.org/[...]
1920
[9]
서적
Practical Education Vol. 1
https://books.google[...]
London
1798
[10]
문서
Leonardo Da Vinci, Anatomical drawings at Windsor, folio 118r
https://www.leonardo[...]
1508
[11]
간행물
"Artificial circumzenithal and circumhorizontal arcs"
http://aapt.scitatio[...]
American Journal of Physics (Am. J. Phys.)
[12]
웹사이트
Circumzenithal Arc
http://www.atoptics.[...]
[13]
문서
태양의 고도가 그보다 높을 때에는 수평호(水平弧, circumhorizon arc)가 나타난다.
[14]
웹사이트
Circumzenithal Arc, Supralateral Arc and More
http://epod.usra.edu[...]
2009-12-05
[15]
문서
드물게는 육각기둥상의 빙정(perry oriented column)에서도 나타난다.
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