Symulacja zjawiska halo słonecznego

Symulacja zjawiska halo słonecznego
Marek Bejgier,
Politechnika Warszawska
Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Instytut Informatyki
Efekt halo słonecznego należy zaliczać do rodziny zjawisk optycznych. Do jego powstania
niezbędna jest obecność kryształków lodu, powstałych w temperaturze oscylującej w okolicach -30°C. W
takich warunkach przyjmują one kształt graniastosłupów sześciokątnych o zmiennym stosunku
wysokości do promienia okręgu opisującego ich podstawę. Ściany boczne kryształków tworzą miedzy
sobą pryzmaty o kącie rozwarcia równym 120°. Ponadto, jeżeli ponumerujemy je kolejno w zakresie od 0
do 5, to wyróżnimy pryzmaty 60° pomiędzy ścianami o numerach n+2 modulo 6. W kryształach
występują również pryzmaty 90°, występujące pomiędzy ściankami bocznymi a podstawą. Dodatkowo
ułożenie kryształków podczas swobodnego spadku jest mocno zależne od stosunku promienia okręgu
opisującego podstawę do jego wysokości. Wyróżniamy zatem kryształy kolumnowe (ołówkowe),
opadające podstawami ustawionymi prostopadle do powierzchni Ziemi, a także kryształy płytkowe,
których podstawy podczas spadku ustawiają się prawie równolegle do powierzchni Ziemi. Dzięki
regularnym kształtom kryształków oraz ustalonym fizycznie schematom ich spadku możemy
zaobserwować wiele rozmaitych rodzajów zjawiska. Najpopularniejszym z nich jest pierścień o
szerokości kątowej wynoszącej 22°, który jest wynikiem występowania populacji kryształków wszystkich
rodzajów jednocześnie. Od strony fizycznej główną rolę odgrywają trzy podstawowe zjawiska optyki
geometrycznej: odbicie, załamanie oraz rozszczepienie promienia słonecznego, dzięki którym opisujemy
przejście promienia świetlnego przez pryzmat.
Prezentacja, oprócz wyjaśnienia przyczyn powstawania efektu halo, dotyczyć będzie przede
wszystkim komputerowej symulacji zjawiska na bazie inwersyjnej metody śledzenia promieni z
wykorzystaniem metod Monte Carlo. Dodatkowo przedstawione zostaną rezultaty prac nad autorskimi
symulatorami zjawiska oraz przykład ich wykorzystania. Kolejnym z celów prezentacji jest pokazanie
różnorodności zjawiska i obalenie stereotypu zjawiska halo jako „tajemniczej tęczy wokół Słońca”.