大気光学現象の種類とメカニズム

大気光学現象（たいきこうがくげんしょう）とは、大気そのものや、大気中に存在する水滴、氷晶、塵などが原因となり、太陽や月の光が反射、屈折、回折、散乱などを起こすことによって観察される光学現象の総称である。大気光象や気象光学現象とも呼ばれ、空の色合いから複雑な氷晶による暈（ハロ）に至るまで多岐にわたる。

光の経路や関与する粒子の形状によって細かく分類されるが、観測される気象条件によって複雑に組み合わさることも多い。

大気そのものによる現象

大気中の分子や空気の密度変化、あるいは地球の影などによって引き起こされる現象である。

• 薄明・朝焼け・夕焼け：太陽光が大気中を通過する際、波長の短い光が散乱されて赤味を帯びた光が観察される現象。
• 蜃気楼：光の屈折により、実物とは異なる位置や形状に見える現象。上位蜃気楼や下位蜃気楼などが知られている。
• 大気差：大気の高度による屈折率の違いから、天体が実際の位置よりも少し浮き上がって見える現象。

水滴による現象

雲や霧、雨粒などの水滴が光に関与して発生する現象である。

• 虹：雨粒の中で光が屈折・反射することで現れる帯状の光。主虹や副虹、過剰虹などが存在す。
• 彩雲：雲を構成する水滴や氷晶による回折現象によって、雲が色づいて見える現象。
• 薄明光線：雲の隙間から太陽光が放射状に地上へ降り注ぐように見える現象（天使の梯子とも呼ばれる）。

氷晶による現象

上空の薄雲などに含まれる微細な氷晶が、光の屈折や反射を引き起こすことで多彩な形を描き出す。これらの現象は「ハロ」やそれに付随するアーク類として知られている。

• 暈（ハロ）：太陽や月の周りに現れる光の輪。内暈（22度ハロ）や外暈（46度ハロ）がある。
• 幻日：太陽の左右に光の塊が現れる現象。
• 環天頂アーク：天頂付近に現れる、色彩鮮やかな上向きの弧。
• 太陽柱（サンピラー）：日没や日の出の際に、太陽から垂直に伸びる光の柱。