太陽の左右に明るい点が見え、太陽が増えたように見えることがあります。この現象は幻日と呼ばれます。別の太陽がそこに現れたのではなく、空気中の氷の結晶を通った太陽光が曲げられ、特定の方向から目に届くことで見えるものです。虹と同じく、光の通り道を考える現象ですが、見る方向は同じではありません。
水滴の虹と、氷の結晶による幻日
ふつうの虹では、見る人の背後に太陽があり、前方の水滴を通った光を見ます。一方、幻日は太陽の近くに見える明るい部分です。氷晶による光の屈折が関係し、太陽の左側、右側、または両側に現れます。左右が必ず対になって見えるわけではありません。
米国気象局は、太陽から左右におよそ22度離れた明るい点として説明しています。これは空での角度の目安であって、太陽から横に22km離れた場所に光の塊が浮かんでいるという意味ではありません。太陽の高さなどで見える位置の関係は変わるため、あらゆる写真を正確に22度と決めつけることも避けます。
白いだけでなく色が付いて見えることがあり、太陽に近い側に赤色が見られます。白い光が色の違いによって曲がり方を変えることが関係します。もっとも、雲の様子や撮影条件で色ははっきりしない場合もあり、「色が写っていないから幻日ではない」と、一つの特徴だけで判定するのは早計です。
写真の長さと、空の角度を混ぜない
写真に写った太陽と明るい点が3cm離れていても、その3cmだけで空の角度は決まりません。拡大して印刷すれば6cmになりますが、撮影した現象が二倍離れたわけではありません。画角や角度の目盛り、撮影方法など、写真と空を対応させる情報が必要です。
広角写真では、画像の端まで一様な割合で角度を換算できるとは限りません。計算問題で「この図では1cmを5度に対応させる」と指定されていれば使えますが、説明のない写真に同じ換算を当てはめないことが大切です。方位角の差と、空で二方向が作る角距離についても、問題がどちらを表しているかを確認します。
例題1：二つの明点の間は何度？
低い太陽を中心に、左右の角度を同一直線上に表した模式図があります。太陽の位置を0度とし、左の明点が−22度、右の明点が＋22度でした。この図の左右の明点の間隔を求めましょう。
答え・解説： 22＋22＝44度です。22度は太陽から片方の明点までの角度であり、明点二つの間ではありません。これは位置の読み取り用に単純化した図です。実際の空のすべての配置で、左右の幻日の間が必ず44度になると一般化しないでください。
太陽柱や暈も、同じ名前ではない
太陽の周りに輪のように見えるものは暈と呼ばれ、上や下へ柱のように延びる光は太陽柱です。氷の結晶が関わる現象でも、結晶の向きや光の通り方が違います。幻日を左右の明点、暈を周囲の輪、太陽柱を縦の柱というように、まず形と太陽との位置関係を記録すると整理しやすくなります。
太陽柱では、氷晶による光の反射が重要になります。「空に氷がある」という共通点だけから、反射も屈折も全部同じ説明にしないようにしましょう。一つの場面で複数の現象が同時に見える場合もあるので、写真の全体に名前を一つだけ貼ろうとせず、部分ごとに形を確かめます。
例題2：拡大した図の換算
ある模式図では、角度20度を紙の上の4cmで表しています。太陽から明点まで4.4cmありました。この図を二倍に拡大して8.8cmになったとき、表している角度は何度ですか。
答え・解説： 元の図では1cmが5度なので、4.4×5＝22度です。二倍の図では20度の目盛りも8cmに伸びるため、8.8÷8×20＝22度となります。写真や図の拡大率と、現象そのものの角度を分けて読む問題です。
幻日を確かめるために、太陽を直接見続けたり、双眼鏡や望遠鏡を向けたりしないでください。ここでの角度の学習は、安全に用意された写真や図を使って行えます。珍しい景色に出会ったときほど、見え方の驚きと、図から確かめられる事実を分ける姿勢が役立ちます。
太陽が雲に隠れている写真なら、写真の中で一番明るい場所を太陽だと即断しないことも必要です。撮影者が示した太陽の方向が分かれば、それを起点として周囲を読みます。画像を左右反転すると、画面の左と右は入れ替わりますが、「赤い側が太陽に近い」という相対的な関係は保たれます。左右という語だけを暗記するより、基準になる太陽を図に必ず記す方が、向きの違う資料に対応できます。雲が途切れれば光を曲げる氷晶のある範囲も途切れます。左右の片方しか写らない事実を、光の法則が片側で働かなかった証拠にはしません。
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