環天頂アーク：大気光学現象の解説

環天頂アーク（かんてんちょうアーク、英語: circumzenithal arc）は、大気光学現象の一種であり、太陽の上方に現れる虹のような光の帯を指す。その形状が地平線に向かって凸型に見えることから、俗に逆さ虹とも呼ばれる。

発生のメカニズム

環天頂アークは、上空の雲に含まれる六角板状の氷晶によって太陽光が屈折することで発生する。風が弱く、氷晶が空気抵抗によって六角形の面を地面と水平に保った状態で浮遊している際に観測されやすい。

この氷晶の上面から入射した光が側面から出射する際、氷晶が頂角90度のプリズムとして機能する。この過程で光が分光されるため、他の大気光学現象と比較して色が鮮明に分離して見えるのが特徴である。太陽側が赤色、その反対側が紫色となる。

観測条件と太陽高度

環天頂アークの出現は太陽高度に大きく依存する。太陽高度が約32度を超えると、氷晶内部で光が全反射してしまい、アークは現れない。そのため、観測可能な太陽高度は0度から約32度の範囲に限定される。

• 太陽高度が約22度の場合、太陽から約46度上方に現れる。
• 太陽が地平線上にある場合、約58度の高度に現れる。
• 太陽高度が約32度に達すると、アークは天頂付近に現れ、これを超えると消失する。

弧の中心角は太陽高度が低ければ小さく、太陽高度が高くなるにつれて大きくなる傾向がある。