Vòng cung tròn

Vòng cung tròn (CZA) (tiếng Anh: circumzenithal arc hoặc circumzenith arc) còn được gọi là cầu vồng lộn ngược hay vòng cung Bravais, là một hiện tượng quang học có hình dạng tương tự cầu vồng, nhưng là một trong các loại quầng sáng phát sinh từ sự khúc xạ ánh sáng mặt trời qua các tinh thể băng, điển hình là trong các đám mây ti hoặc mây ti tầng, chứ không phải từ những hạt mưa. Vòng cung nằm ở một khoảng cách đáng kể (khoảng 46 °) so với Mặt Trời và đa số các hình dạng thì một phần tư của một vòng tròn tập trung vào thiên đỉnh. Được gọi là "nụ cười trên bầu trời", ấn tượng đầu tiên về nó là một cầu vồng lộn ngược. CZA là một trong các loại quầng sáng sáng nhất và nhiều màu sắc nhất. Màu sắc của nó, từ màu tím ở phía trên đến màu đỏ ở bên dưới dưới, tinh khiết hơn màu sắc của cầu vồng vì có sự chồng chéo ít hơn nhiều trong sự hình thành của chúng.
Sự phân bố cường độ dọc theo vòng cung tròn đòi hỏi phải xem xét một số hiệu ứng: Biên độ phản xạ và truyền của Fresnel, suy giảm khí quyển, sự tán sắc (nghĩa là chiều rộng của cung), tán sắc góc phương vị (bó tia) và các ràng buộc hình học. Trong thực tế, CZA sáng nhất khi Mặt Trời ở khoảng 20°. Trái ngược với nhận thức của công chúng, CZA không phải là một hiện tượng hiếm gặp, nhưng nó có xu hướng bị bỏ qua vì nó xảy ra quá xa khỏi tầm mắt. Nên tìm nó khi nhìn thấy Mặt Trời giả, vì cùng loại tinh thể băng gây ra chúng (lăng kính lục giác dạng đĩa theo hướng nằm ngang) chịu trách nhiệm cho CZA.

Sự hình thành

Ánh sáng hình thành nên CZA đi vào một tinh thể băng qua mặt trên phẳng của nó và thoát ra qua một mặt bên của lăng kính. Sự khúc xạ của ánh sáng Mặt Trời gần như song song thông qua những thứ có bản chất như một lăng kính 90° chiếm sự phân tách màu rộng và độ tinh khiết của màu. CZA chỉ có thể hình thành khi Mặt Trời ở độ cao thấp hơn 32,2°. CZA sáng nhất khi Mặt Trời ở 22° so với đường chân trời, do ánh sáng Mặt Trời đi vào và thoát khỏi các tinh thể ở góc lệch tối thiểu; sau đó nó cũng có bán kính khoảng 22°, rộng 3°. Bán kính CZA thay đổi trong khoảng từ 32,2° đến 0° tùy theo độ cao của Mặt Trời. Hướng tới một trong hai thái cực nó mờ nhạt. Thay vào đó, khi Mặt Trời vượt trên 32,2°, ánh sáng sẽ thoát ra khỏi các tinh thể xuyên qua mặt dưới, để góp phần vào vòng tròn Parhelic gần như không màu.
Bởi vì hiện tượng này cũng đòi hỏi các tinh thể băng có một hướng chung, nó chỉ xảy ra trong trường hợp không có sự nhiễu loạn và luồng khí dọc không đáng kể.

Vòng cung tròn Mặt Trăng

Như với tất cả các loại quầng sáng, CZA có thể được gây ra bởi ánh sáng từ Mặt Trăng cũng như từ Mặt Trời: trước đây được gọi là vòng cung tròn Mặt Trăng, Sự xuất hiện của nó hiếm hơn so với của Mặt Trời, vì nó đòi hỏi Mặt Trăng phải đủ sáng, thường chỉ xảy ra trong trường hợp Trăng tròn.

Vòng cung tròn nhân tạo

Một thí nghiệm ly thủy tinh (được biết đến ít nhất là từ năm 1920 hoặc thậm chí lâu hơn) có thể được sử dụng để tạo ra một vòng cung tròn nhân tạo. Chiếu sáng (dưới một góc nông) bề mặt không khí trên cùng của một tấm kính hình trụ gần như chứa đầy nước sẽ khúc xạ ánh sáng vào trong nước. Kính nên được đặt ở mép bàn. Lần khúc xạ thứ hai ở mặt bên của hình trụ là khúc xạ tia xiên. Khúc xạ tổng thể hóa ra tương đương với khúc xạ thông qua đĩa tinh thể lục giác thẳng đứng khi tính trung bình quay khi tính trung bình quay được tính đến. Một vòng cung nhân tạo đầy màu sắc sau đó sẽ xuất hiện trên sàn nhà. Các quầng sáng nhân tạo khác có thể được tạo ra theo cách tương tự.