曙暮光 |
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黎明与黄昏,是风光摄影师最为钟情的黄金时间段。若天气晴朗,太阳即将升起或者刚刚落到地平线下的几分钟内,蓝色的天空穹顶与西方地平线之间会浮现出金色至红色的光泽,气象学上称之为“曙暮光”。作者张超是一位擅长科学写作的天文学者,在这篇报道中,他将与多位关注大气现象的摄影师共同为我们讲述“曙暮光”的故事。 ![]() ![]() 在北京买房不是件容易事。一位从小一起长大的老朋友乔迁新居,我们前往贺喜。新房在北京西北,位于32层的高楼,一扇向西的落地飘窗宽阔而明亮。他的父母喜悦之余,却有一丝遗憾——他们私下和我抱怨,觉得朝西的房子夏季傍晚“西晒”,住着不舒服。 所谓“西晒”,是指北方夏季因白昼时间变长,原本炎热的午后又因太阳迟迟不肯落下,在傍晚把房间照射得酷热难当。因此之故,有向西窗户的商品房,价格一般会低一点。 我微笑不语,朋友的心思是瞒不过我的。他专挑向西的房子的图谋,是为欣赏和拍摄日落前后西山天际线的绚烂色彩——每当太阳落下,天空色彩从地平线处的玫红,过渡到浅黄,之后变白,再到淡蓝,就这样随着高度,一路从淡蓝过渡到墨蓝。即便是雾霾严重时期的北京城,只要还能见到点蓝天,日落之后天空的颜色同样让人着迷,各种大气光学现象层出不穷。 买个有朝西窗户的房子,下班后坐在餐桌前就能享受夕阳美景,同时房钱又省下一笔,何乐而不为呢? 我曾经在贵州六枝地区出差,和我同行的是几位当地摄影师。那次我们运气极好,夜宿深山,清晨起床便见到水墨般缭绕的云雾。等到太阳高升,云开雾散,又变得万里无云,天空的蓝色让人不相信自己身处天无三日晴的贵州。正当我们准备继续赶路时,几位当地的摄影师却要执意留下,原因是这种天气在当地极为罕见,若是能等到日落后,便可以拍到绚烂天色中的山影——这种照片在北方不值一提,特别在新疆,落日景象几乎随手可得,但是同样的景观到了天无三日晴的贵州,便是格外珍贵。 ![]() ![]() 何时是黄昏? 当太阳刚刚落到地平线之下 回想在贵州拍摄时的场景,一位摄影师有些与众不同。当太阳完全落山之后,他才开始按动快门。当时我俩相视一笑:“看!真正的黄昏才刚刚开始。” 我知道遇见了行家。黄昏这两个字,生活中几乎每天都会用到,但很少有人能够说出它的真实含义。若是翻开一本气象学词典,就会发现黄昏所对应的时间并非太阳西垂时分,而是专指:太阳落到地平线下,至高度角位于地平线下6°的这段时间。 ![]() 也就是说,严格意义上的黄昏时分,太阳已经不在地平线之上。这时天空依然明亮,人们还可以清晰看到周围事物,不必开灯。同理,气象学中的黎明时分则可以理解为太阳从地平线下6°升至地平线的这段时间。 在大气科学中,描述日出前或者落日后的绚烂天色,还有个专有名词,那就是“曙暮光”。“曙暮光”也叫做“晨昏蒙影”。其形成原因,简单说便是阳光从地平线之下散射出来,照亮了低层的大气。 曙暮光的出现,意味着昼夜即将交替。但严格来说,“黎明”与“黄昏”并不与曙暮光在天边浮现的时间段完全吻合:因为在太阳处于地平线下6°至18°之间时,虽然已不是天文学定义的黄昏,天空也不再明亮,但曙暮光依然存在。同样在黎明时,太阳虽然还没有到地平线下高度角6°的位置以上,但在18°至6°的这个区间时,天际已经开始有亮色,曙暮光已经出现。至于黄昏与黎明,以及曙暮光出现的时间段为什么与太阳高度角在地平线下6°及18°相关?更加详细的解释需要借助光学以及气象学的算式,在此就不涉及了。 在气象学上,黎明与黄昏时段的天际光,叫做“民用曙暮光”。按照常理,与“民用曙暮光”相对的应该是“军用曙暮光”,但“军用曙暮光”这个词并没有出现,而是被进行了更加准确的分类与命名:当太阳位于地平线下6°至12°之间,以及地平线下12°至18°之间时,曙暮光分别被称作“航海曙暮光”与“天文曙暮光”。 太阳从地平线上升起,意为着白昼的到来;而当太阳高度角落至地平线下18°之后,夜幕才真正降临。 航海曙暮光 水天交界处最后的一缕光线 有一位老天文学家给我讲过这样一段故事:他从开始学习天文,到如今已经有50多年,说起他最难忘的一段经历,却是上学时的一堂实验课。这堂实验课持续了一个月之久,而且是在航海时进行的——实验课的教学目标,是学习使用航海天文仪器进行航海测量。 有人说天文学理论深奥,但在生活中几乎是无用之学,其实在大航海时代,天文绝对是保命的学问。郑和下西洋时仰仗着《过洋牵星图》,而西方人创造出了索星板、星球仪、六分仪,掌握这些依靠星空进行定位的仪器同样是航海人的必修功课。那堂课带给这位老天文学家深刻的记忆,除了刻骨铭心的晕船之外,更重要的就是像一个航海手那样,在清晨与傍晚,在曙暮光浮现于天际之时,使用六分仪进行恒星观测,从而定航行的方位。 六分仪的使用,有两个必要条件,其一是天上要有可观测的恒星,其二,则是要清晰看到水天相连的分界线——看清水天线,才能测量出恒星的高度,从而计算出方位等信息。这两个必要条件对天空的要求极为苛刻:若天空太亮,不会有星出来;若天空太暗,则水天线不见。 为了满足这样的苛刻条件,航海人需要在太阳位于地平线下6°到12°这短暂的时间内进行高效率地观测。前文提到,这段时间的天际光叫做“航海曙暮光”。“航海曙暮光”出现的时刻,正是使用六分仪进行航海观测的黄金时间。 航海曙暮光的重要性并非只针对海员,在海上战争中它同样有着重要意义。第二次世界大战期间,盟军在欧洲西线战场发起的一场决定性的大规模攻势,战役开始的时间发生在1944年6月6日早6时30分。翻开盟军将领英国人蒙哥马利的回忆录,会发现他对于诺曼底登陆的时间有详细的考虑:进攻当天的黎明,也就是太阳升至地平线下6°的时间在5点15分,最终确定的作战时间是在航海曙暮光后1.5小时——这个重要的决定,其实是将光线、潮汐等一系列因素进行理性权衡的结果。 ![]() 天文曙暮光 亮星闪烁的黄金观测时段 傍晚6点,那天我正在国家天文台河北兴隆观测站进行天文观测。对于我和我的观测团队而言,吃过晚饭才意味着一天工作的起始。 走过一段山谷,两旁山梁上的天文台圆顶都开始隆隆转动,里面的望远镜正在逐一调试,准备整夜的工作。走到食堂,我打了两菜一汤并找桌子坐下来,还没动筷,便见观测助手小郭满脸愁容地跑进来,一看便知事情不妙。 果不其然,小郭说我使用的望远镜出了点小故障,我放下饭碗急忙赶去检修,虽然迅速将故障排除,但还是错过了太阳落山后的黄金观测时段,错过了短暂的天文曙暮光。 如此重要的天文曙暮光究竟是什么呢?按照前文的解释,那就是太阳位于地平线下12°到18°之间散射的天际光——这也是夜色降临前地平线上的最后一抹亮色。这段时间天空如若晴朗,穹顶会呈现出钢笔水般的墨蓝色,高贵而华丽;而天空已经繁星点点,只剩暗星还没有出现。 获取数据的过程可不是欣赏风景。在天文观测中,想要得到精确的观测数据,需要特殊的观测策略。望远镜光路中有很多影响成像的因素,通常拍出的照片或者边角变暗,或者呈现出若干灰尘的影子。 为了“抹平”这些负面干扰,在天文观测中要拍摄一种名为“平场”的照片,而平场的拍摄,就需要在太阳位于地平线下12°到18°的时间范围内进行。 由于天文曙暮光出现的时间短暂,拍摄需要争分夺秒,容不得半点闪失,所以这次望远镜出了点小故障,平场拍摄便告吹,只能等天亮前天文曙暮光再次出现时,进行弥补。 民用曙暮光、航海曙暮光、天文曙暮光,从大众的角度来看,这只是一个天色逐渐变暗的过程,然而对于海员和天文观测者来说,每种曙暮光分工明确,用途截然不同。 专业人员并非不解风情,航海手、天文学家与气象学家有些时候对于发现风景更加敏感和准确。太阳下落过程中曙暮光的种种复杂变化,在他们看来,如果只是用上述三类来划分,又显得过于粗略。 借助现代物理学上的解读,天色的万千变化,都可以归结为地球大气中不同高度的微粒组成。正如我们倒一杯泥水,泥沙慢慢沉降,大颗粒缓缓沉入杯底,而细小的颗粒依然在水中悬浮,从侧面看,浓淡层次过渡得非常自然。 类似的现象,在地球大气层中也会存在。尘霾水汽等较大颗粒会聚集在低空,较小的分子会在高空,而大气层顶部的物质甚至是更加微小的原子组成,这是因为外太空的辐射会将分子打碎。 这些难以捕捉的分子和原子将太阳光散射,让天空变得湛蓝——越是小的颗粒,越容易散射蓝光,越是大颗粒,越容易散射红光,这在光学上被称作“瑞利散射定律”。高空的颜色会很蓝——在飞机上看天空便会有非常真切的感受。 太阳落山后,阳光从地平线下方反向穿过大气层,饱含颗粒的底层大气将红色的光波充分散射,营造出天边的温暖红色;阳光中剩余的光波照射到高层大气也被散射,呈现出日落后头顶墨蓝色的天空。 暮色黄昏,瑰色的女神之光或许笼罩着无人注视的东方![]() 在日落前后,快速变化的天色让每一位风光摄影师着迷,如果硬是将气象学名词套上,那么晴天下的民用曙暮光最为多彩,航海曙暮光基本是白蓝两色的过渡,而天文曙暮光,主要是由浅及深富于变化的蓝调。即便有这些变化,摄影者依然不满足,他们期待的,是更加罕见的大气现象。 当日落时,大多数人只是沉迷于西边的色彩,而很少有人愿意扭头看看身后。却不知更加精彩的现象,可能会在身后的东边悄悄出现。 在天气条件一般的时候,太阳落下后的东方平淡无奇,灰蓝色一片的感觉要远远逊色于西边。但在天气条件绝佳时,人们会惊愕地发现,东边低空中会出现一道粉红色光带,悬挂于蓝色天空的背景上。这道光带并非像西边曙暮光那样色彩过渡柔和,而是和背景蓝色形成一定的反差。 19世纪的英国观测者给它起了一个浪漫的名字:维纳斯带。在西方神话中,爱神维纳斯有一条具有魔力的腰带,可以唤起人们的情欲。而后来,大气学中又给了它一个没那么浪漫的名字,叫做“反曙暮光弧”。 ![]() 虽然沾上“曙暮光”几个字,但维纳斯带和曙暮光并无太多关系,它的形成只是因为日落时部分红色的阳光照到了较高的大气层中,而它下方的蓝色,其实是地球的影子——悬在蓝天中的粉色光带,其实是地影和维纳斯带组合的错觉。 ![]() 倘若这缕红光没有照到高层大气,而照到了地面比较高的山上,那么山体就变成了粉红色,而不是人们常见的那种蓝灰色或者金色。 这种现象叫做“染山霞”,如果山顶上残留积雪,这种粉红便显得更加可爱,对于摄影者来说,这些现象只能用可遇而不可求来形容。 ![]() ![]() ![]() 青白路 晴朗与炎热的预兆 午后一场大风吹走了长江上的雾霭,傍晚的太阳已经落至江面,但仍然刺眼,这是江苏省江阴市几日来少有的晴天。摄影师们就像嗅到美餐一样纷纷出动,在江边架起了各种各样的三脚架,甚至还有人搬来了躺椅,抽着烟等待着日落。 江边码头三三两两的船只准备靠岸,一些工人坐在那里望天。也许因为过于晴朗,天空中任何一点变化都清晰可辨,当太阳完全落下之后,天空中布满了车轮辐辏般的光带,好像都是从山后的太阳那里斜向上发散而出。 这几天肯定都是好天!我不由得说出口,而旁边的一位船工也笑着说:“没错,青冈白冈,明朝晒煞老长工啊!”我一时没反应过来,这位船工的口音让我完全理解不了他说了什么。追问之下,才知道他们管这种天象,叫做青冈、白冈。抬头看看天,辐辏状的光带依然存在,颜色比刚才深了一些,深的是青蓝色,或许就是他说的青冈;浅的有些偏白,或许就是他说的白冈,但这“冈”是什么意思,实在搞不清楚。 ![]() 后来查阅资料,我才知道这所谓的青冈、白冈,其实是指青虹、白虹的意思——在江阴,虹字读作“jiang”,并指彩虹。 船工口中的青冈、白冈,在古代有一个富有诗意的名字,叫做“青白路”。 如果古代能有天气预报,那会是非常有趣的一件事情。倘若让我附会一下,言辞或许会这样写:“是日,天有云,云现。午后野马阳焰,有黄雀风;日没后有青白路,直起亘天……”这些天象的名字与当今完全不同,而古代人对天象的关注点,也更加喜欢描述各种看得见的变化。 ![]() 青白路就是这样。如果按照今天气象学的角度看,青白路其实是一种“曙暮光条”:太阳落山后,阳光会受到山体或者云朵的遮挡,一部分光被挡住,形成条状的阴影,呈深色,而另一部分光线射过来,呈浅色。本来这些光带是平行排布,由于透视效应,看起来好像汇聚到了一点。 为什么船工会说青白路会预示着天气炎热难耐呢?如果我们画一张图,就可以略知一二:曙暮光形成时,太阳落在地平线下,但若是从整个地球来看,只是太阳照射的区域发生了变化,比如太阳落山,就是太阳照射的位置到了地理经度更靠西的区域。 如果此时看到曙暮光或者青白路,就意味着靠西的区域也很晴朗,在高气压的控制之下。 在我国大部分地区,天气系统总体看是从西向东运动的,这表明在未来的一两天中,本地依然会受高压控制,所以天气依然晴好。青白路的天气预报功能,依此可以解读。 浪漫的夜晚, 当有曙暮光长久相伴 从北京到德国法兰克福的航线,漫长的十多个小时旅途。机舱中的乘客早已昏昏欲睡,仅有几个清醒的,也蜷缩在座位上,看着小屏幕上播放的过气电影打发时间。此时的客机,正在西伯利亚上空,贴靠着北极圈缓缓飞行。我趴在舷窗边看着窗外,尽管空姐一次次友善地提醒我将遮光板拉下来,但我实在难以抗拒风景的诱惑。 时间早已是深夜,天空却不肯黑下来,纯净的墨蓝色天空与地平线上的粉红光泽,已经伴随了我们很久。如今北极圈内的极昼和极夜,已经被人们熟知,但“白夜”对大多数人来说却还是个生僻词汇。 ![]() 所谓白夜,是指北极圈外较低纬度的地方,由于受到极昼产生的曙暮光影响,虽然太阳已经落下,整个夜晚却不会黑下来,一直会持续到天明。在俄罗斯圣彼得堡,每年夏至前后都有一段“白夜节”,不少旅客专程赶来体验这一现象。 绚丽的曙暮光色相伴夜晚,深蓝或者浅蓝色的天空中飘着金黄色大片的云朵,多么浪漫。这样浪漫的夜晚中,陀思妥耶夫斯基在19世纪中叶写下小说《白夜》:生活在幻想中的主人公偶遇到趴在河边栏杆上哭泣的女郎娜丝金卡,并于与她度过了四个终身难忘的夜晚。 在南半球,澳大利亚墨尔本的白夜节同样著名。刚刚乔迁新居的朋友,曾经私下告诉我,希望能有机会带着妻子去往圣彼得堡的涅瓦河边或者墨尔本,平心静气地欣赏一夜美妙的曙暮光。 ![]() 其实当他搬进新家之后,拍摄的天际线图片已经让我妒忌。如果真的能坚持每天去拍摄天边落日后的光线然后拼合起来,我想他一定会发现一些以前不为人知的规律。只是如若房地产商了解到曙暮光的噱头,朝西带有落地飘窗的高层商品房,说不定会被抬升价格。 得知我在研读关于曙暮光的内容,那位老天文学家把他当年出海使用的六分仪送给了我。六分仪的表面漆已经不再完整光亮,虽然尽显岁月斑驳,但依然坚固耐用,不过老先生已经记不清完整的使用步骤,我也只有像欣赏古董一样小心翼翼地捧着它。 我那些曾经或者仍在天文台站工作的同事,如今每天仍在等待天文曙暮光的到来,其实他们才是大气现象专家,只可惜这些专家无暇去热带海岛或者雪山之下欣赏绝佳的曙暮光色。 ![]() 摄影师也好,天文观测者、航海工作者也罢,曙暮光对于他们,长久以来已经积淀了各种特殊用途与涵义。对普通人而言,我们或许很难体会他们的这种痴迷与眷恋,但在工作一天之后,下班路上如果能把繁杂事务抛至脑后,抬头看一看远方天空,倾城的暮光或许会让我们感受到片刻的温暖与宁静。 |
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