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曙暮光
來源:互聯網

曙暮光(Twilight),又稱薄明或晨昏矇影,是指在日出之前和日落之后,隱藏在地平線下面而照耀在高層大氣中的太陽光,通過分子散射而到達地面的光線。曙光和暮光合稱為曙暮光。根據曙暮光時的光線對人們活動的影響,又可將曙暮光分為三種,即民用曙暮光、航海曙暮光和天文曙暮光。

曙暮光的形成與光的散射有關,它持續的時間并不是任何地方任何時候都是一致的,持續時間的長短因緯度和季節的不同而有所差異,并呈現出一定的規律。另外,曙暮光的時間長短還受空氣溫度的大小、空氣中含塵量的多少,以及天空中云況等因素所影響。而曙光和暮光的照明程度——照度,主要受太陽在地平線下的角度影響,與大氣的透明度也有密切關系。

曙暮光長久以來已經積淀了不同的用途與涵義,在農學、氣象學攝影和航海等領域得到了廣泛應用。如在氣象學中,曙暮光天光光度計可通過在地面上測量曙暮光的天光光強和偏振度來獲取平流層和中層大氣微量氣體和氣溶膠輻射特征的大量信息。此外,曙暮光的出現,意味著晝夜即將交替。因此它被伊斯蘭教教徒賦予了一定宗教寓意。

概念

曙光和暮光合稱為曙暮光,曙光持續的時間叫黎明,暮光持續的時間叫黃昏。只有當太陽中心位于地平下18°(天文曙光和暮光的界限),天空才會進入真正的黑夜。如果沒有大氣分子散射引起的曙暮光,晝夜的交替,會在日出和日落的那一瞬間突然發生。因此黎明和黃昏是白晝和黑夜交替的過渡階段。

曙光

日出之前,隱藏在地平線下面而照耀在高層大氣中的太陽光,通過分子散射而到達地面的光線,稱為曙光。

暮光

日落之后,隱藏在地平線下面而照耀在高層大氣中的太陽光,通過分子散射而到達地面的光線,稱為暮光。

曙暮光弧

在日落而無云時,散射作用能使東方天空出現蘭灰色的暗弧,即出現和灰色天空很易分辨出來的暗扇形,在這暗弧的外面鑲有較明亮的弧形,而且隨著太陽從地平線向下沉去,這種光弧現象不斷升高,最后消失于黑暗之中,這就是曙暮光弧。

現象成因

在日落之后和日出之前,太陽光雖已不能照到地面之上,但地面上的高層大氣仍可被太陽光照射,使得大氣分子和塵埃等粒子產生散射光,天空和大地便獲得亮光,這就是曙暮光的來源。曙光和暮光的形成是相同的,但明暗變化的順序相反。曙光是由暗到明,暮光是由明到暗。

分類

根據曙暮光時的光線對人們活動的影響,將曙暮光分為三種,即民用曙暮光、航海曙暮光和天文曙暮光。當天空晴朗時,太陽地平線以下的角度大約為6度時,代表著民用曙光開始或暮光結束;大約為12度時,則意味著航海曙光開始或暮光結束;當太陽在地平線下角度大約為18度時,則天文曙光開始或暮光結束。

民用曙暮光

民用曙暮光是指太陽高度角在地平線下0°—6°的一段時間的太陽光。民用曙光是指清晨太陽中心由地平下6°上升至日出的時段的陽光,民用暮光則是黃昏太陽中心從0°落至地平下6°的時段的光亮。

以暮光為例,在天空晴朗時,太陽沒入地平線便是暮光開始。隨著太陽的西沉,到達地面的散射光不斷減少,太陽高度在地平線以下4°時,人們還可以在室外閱讀和書寫。而當太陽高度降至地平線以下6°時,肉眼已經難以辨認印刷品中的特大號字體,天空的一等星開始被看見,戶外看書報受到限制,這些都代表著民用暮光的結束。總的來說就是當大氣散射光使地面照度減弱到不用人工照明就難以在戶外正常活動時(如難以辨認印刷品的特大號字體,交通運行發生困難等),就是民用曙光的開始或暮光的結束。

航海曙暮光

航海曙暮光是指太陽高度角移至地平線下6°—12°的這段時間內大氣散射到地面的太陽光,清晨太陽中心位于地平線下12°時開始到地平線下6°的時段;黃昏從位于地平線下6°開始到太陽中心位于地平線下12°時的時段。這兩個時段到達地面的太陽光,合稱為航海曙暮光。

以暮光為例,當太陽落至地平線下約12°時,天空中明亮的星已經可見,航海需要使用信號燈,這就表示航海暮光結束。航海曙暮光持續期間,在大氣條件良好的情況下,即使沒有其他照明光源,地面景物的大概輪廓仍可以區分出來。此時的海天相接處界線清晰,水手們已經不再能利用地平線在海上導航,但能利用知名的星來確認視域,并以能看見的地平線作為參考,這段時間也是航海測星(測定天體的地平高度)的合適時機。

天文曙暮光

天文曙暮光是指是太陽中心的高度在地平線下 12°—18°之間,由高層大氣散射進入低層大氣的陽光。

當太陽處在地平線以下約18°時,高層大氣的散射光已極其微弱,天空相當黑暗,肉眼能看到的恒星(六等星以上的恒星)都能被看見,這就代表著天文曙光的開始或暮光的結束。天文學上所說的夜晚,通常指天文暮光終到天文曙光始的這段時間,類似于星云星系這些黯淡與擴散的目標也需要在天文暮光終之后才能進行觀測。

特征

曙暮光的持續時間

曙暮光持續的時間并不是任何地方任何時候都是一致的,它的長短因緯度和季節的不同而有所差異,其變化規律如下:

(1)緯度越低,曙暮光的時間越短,隨季節的變化不大。

(2)緯度越高,曙暮光的時間越長,且隨季節的變化大。

(3)中高緯度一年中曙暮光的時間以夏季最長,冬季次之,春秋季節最短。

因此曙暮光的持續時間在赤道最短,隨緯度增高而逐漸增加。在赤道,日夜轉換間的曙暮光持續時間只有20分鐘左右;而在北極南極洲,除了冬至前后的各一個月,曙暮光通常可以持續數小時甚至終日。

以夏至日為例,北緯60°的地方整夜處于民用曙暮光的狀態中,前一天的黃昏尚未結束,次日的黎明便接踵而來,通宵達旦,天空不黑。這種高緯度夏季奇特的天文現象被稱為白夜。白夜的出現,主要是由于只有當太陽中心位于地平下18°(天文曙光和暮光的界限),天空才會進入真正的黑夜。如果日落以后到次日日出以前太陽都不低于地平下18°,就會發生白夜——整個夜晚天空都會呈現出黃昏或黎明的景色。

白夜既可以出現在極圈內,也可以發生在極圈外。其發生范圍,可以由南、北極點(南緯或北緯90°)外延至南、北緯48°34'地帶。另外,極圈內的白夜總是出現在極晝期前后。極圈外的白夜,北半球發生在夏至日前后;事實上,夏至那天,緯度高于48.5°N的地方都沒有真正的黑夜。南半球則發生在冬至日前后。緯度越高,亮度越亮,白夜持續期也越長。

其他影響因素

另外,曙暮光的時間長短還受空氣溫度的大小、空氣中含塵量的多少,以及天空中云況等因素所影響。觀測表明,當空氣濕度較大時,曙暮光持續時間稍長。高空中含塵量增多,如火山噴發之后,或有高云時曙暮光持續時間延長;而在有密集的低云時,曙暮光的持續時間會縮短。平均海拔也是影響因素。

曙暮光的照度

曙光和暮光的照明程度——照度,影響照度的主要因素是太陽在地平線下的角度。除此之外,照度也與大氣的透明度也有密切關系。

在黃昏開始(或黎明將終止)的時間,照度隨太陽在地平面下高度角的增加而減弱得非常迅速。在黃昏將終止(或黎明開始)時,則照度隨時間的變化較和緩。

此外,曙暮光的照度與天空云量的多寡和地面積雪的有無亦有極大的關系。當太陽在地平線下的時候,云量多能減弱薄明的照度。在無云天氣中薄明的照度顯然要比陰天大得多。地面有積雪則能增加曙暮光的照度。由觀測得知當天空云量稀少,而地面又有白雪皚皚的所在,曙光和暮光的照度最強。不過在曙暮光剛開始的瞬間,云,尤其是高云可以把光線反射到地面,因而增加照度。在曙暮光的中間時刻以及將結束的時候,云總是會減低照度的。

應用

農學

農學中,屬于光周期范疇的曙暮光被積極應用于對農作物的生長和產量的影響研究中,研究人員發現曙暮光能被作物吸收利用,能延長作物光合作用時間。因此通過遮光處理,曙暮光能夠在不同程度上誘導農作物生長,為其花期調控、高產高質的確定及光反應理論的認識提供有力幫助。

氣象學

對于氣象研究者而言,曙暮光則意味著一種對高層大氣中的氣溶膠進行間接觀測的方式。曙暮光的強度和顏色,與大氣混濁度有很大關系。如果觀測到曙暮光的輻射強度和顏色指數,也就可以間接獲得其中的塵埃濃度。因此這類觀測多用于研究平流層的火山灰和流星塵。在各種探測方法中,用地面光度計(曙暮光天光光度計)探測曙暮光期間天光強度和偏振,從而推斷平流層氣溶膠的變化是一種很有用的方法。也有部分研究用于觀察和計算臭氧濃度。

曙暮光天光光度計

根據曙暮光時的天頂方向的天光偏振度可反演平流層氣溶膠散射系數,而比起飛機、氣球、衛星等其他探測平流層氣溶膠的手段來說,光度計體積較小、耗資少,因而成為平流層大氣探測的重要手段。

儀器特點

這一儀器動態范圍大(達),靈敏度高(最小可測功率為W)實現了微機控制全自動觀測和處理數據,并將實測天光偏振度和光強自動記盤保存。它的系統框圖如下圖所示:該儀器主要由光接收及探測系統,步進電機控制系統,單光子計數和以PC機為核心的數據采集和處理系統組成。

觀測方式

基本的觀測方式為固定儀器觀測方向,定時自動開始觀測,進行波段掃描,自動調整進光量。每組觀測完成后,自動進行數據處理,并將訂正后的光強和偏振度記HDD。在積分時間為1秒時,完成6個波長的觀測和上述處理記盤約需3分鐘。

攝影

曙暮光在攝影創作活動中是有一定用途的,它作為一種自然光源延長了大地的照明時間,為攝影者創造出許多可供拍攝的現場光照條件。同時,不少攝影師抓住這段時期光照特點,如地面景物只有天空微光照明,照度低。在以天空為背景拍時,對象均為剪影、半剪影。可拍攝特殊效果場面和特殊氣氛鏡頭,亦可搶拍,使天空有密度,拍攝出夜景效果。

航海

航海人的保命手段之一便是使用航海天文儀器進行航海測量,“航海曙暮光”出現的時刻,正是使用六分儀進行航海觀測的黃金時間。在清晨與傍晚,在曙暮光浮現于天際之時,航海人使用六分儀進行恒星觀測,從而定航行的方位。同時,航海人員也可以在光亮程度比民用曙暮光更弱的航海曙暮光里利用沿岸目標物在海上確定方向。

歷史記載

公元十世紀,阿拉伯帝國學者海桑(Al Hazen)在《光象理論》一書中首次正確地解釋曙暮光,證明了太陽地平線到地平線下19°之間時可見曙暮光。

1988年,由北京天文臺撰寫的《中國古代天象記錄總集》收集了二十四史、清史稿、明實錄、清實錄、“十通”、全國地方志以及其他古籍中的天象記錄,時間截至1911年。該書附錄了200余項(異常曙暮光、日月變色、雨灰、雨黑子)天文現象記載。如《明神宗實錄》卷三七一有記載:“(萬歷三十年四月乙已,1602年6月3日)今歲天變頻仍,火星失度,日光如,風霾黃霧,種種示異,未有若此。”如此眾多的天象記錄流傳于世,已經足以證明古代天文學家確實長期觀察著這些天象。

在2004年,由張德二撰寫的《中國三千年氣象記錄總集》也整理了自公元前23世紀至公元1911年的中國氣象歷史。其中有大量關于異常的曙暮光的記載,如日月赤黃等。

宗教寓意

穆斯林,古希臘,古巴比倫人,還有基督教禮拜儀式等,都是把日落作為一天的開始。伊斯蘭教歷以日落后為一天的開始,經過一個黑夜和一個白天,到日落為一整天。他們的日落時間指的就是太陽的圓盤完全消失和隱藏不見,即民用暮光的開始那一刻。在齋月期間,伊斯蘭教教徒必須在日出與日落這段時間內不吃不喝,不抽煙,鍛煉自制力,入夜后,把齋結束,人們才能吃喝抽煙,探親訪友。

參考資料 >

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《中國三千年氣象記錄總集》出版.中國科學院.2024-05-08

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