22度晕(22° Halo) 是一种常见的大气光学现象,表现为围绕太阳或月亮的一个视半径为22度的光环。

2025/11/24, By © Linda Partrick 22-degree halo spotted near Birling Gap, Seven Sisters, East Sussex, England
成因
它是由卷层云中的六角柱状冰晶折射光线形成的。当太阳光或月光穿过这些冰晶时,光线进入冰晶的一个侧面,并从另一个侧面射出,发生折射。由于冰晶的结构特性,光线的最小偏向角约为22度,因此我们看到了一个内红外紫的光环。
观测
通常在天空中出现薄薄的卷层云(Cirrostratus)时容易观测到。虽然它其实比彩虹更常见,但由于太阳光线刺眼,或者晕本身比较黯淡,人们往往会忽略它。
注意:观测日晕时请务必注意保护眼睛,避免直视太阳,可以尝试用手掌或建筑物遮挡住太阳中心。
22度晕的半径大小约等于伸直手臂手指张开后,小指到大拇指的距离。
细节
22度晕是一个“区域”而不是“弧”,22度时最小折射角,因此晕圈内部的天空区域明显比晕圈外的天空更暗,实际上在22度到50度的范围内都有折射带来的光线;对于黄光(折射率n=1.31),理论半径为21.8°。对于红光(n=1.307),理论半径为21.6°。由于太阳并非点光源(角直径约0.5°),叠加效应会使观测到的晕环半径减小约0.15°。由于气温的影响,冰晶折射率随温度微弱变化。在-55°C下的22度晕半径比在-3°C时大约0.15°。气压对冰晶折射率的影响偏小,可以忽略。
22度晕的偏振效果比较弱,只有大约 4% 的偏振度;通过偏振滤光镜观察22度晕(以及同属一组的幻日和切弧)时,最显著的特殊发现是它会产生微小的位置移动,这是由于冰晶的双折射现象导致的。
冰晶(ice Ih)属于六方晶系,沿着 c 轴方向为光轴。当非偏振的太阳光穿过六角柱状冰晶时,会被分解成两条相互垂直偏振的射线。由于这两条射线在冰晶中的折射率略有不同,它们各自生成一个偏振晕环。这两个晕环互有 0.11 度的位移并大幅度重叠,在不使用滤光镜时,肉眼只能看到它们叠加后的样子。
当旋转偏振镜时,会发现22度晕在天空中发生约 0.11 度的位移。虽然这个数字听起来很小,但它大约相当于月亮视直径的四分之一,在有卷云作为参考点时是可以被察觉到的。如果当滤光镜允许径向振动(Radial vibrations)通过时,对应的光线为寻常光( $n_o=1.309$ ),22度晕更小;当滤光镜允许切向振动(Tangential vibrations)的光通过时,对应的光为非常光( $n_e=1.313$ ),形成的22度晕更大。由于22度晕的计算偏振度仅为 4% 左右,因此无法通过滤光镜将其完全熄灭,只能观察到这种位置的跳变。