ローヴィッツ弧

ローウィッツアークは、大気中で発生する光学的現象です。具体的には、幻日（太陽の太陽面）から内側に向​​かって伸びる光る弧を形成する、まれなタイプの氷晶ハロであり、太陽の上または下に続くことがあります。^{[ 1 ] [ 2 ]}

この現象は、ドイツ生まれのロシアの薬剤師で実験化学者であったヨハン・トビアス・ロヴィッツ（またはロヴィッツ）（1757年 - 1804年）にちなんで名付けられました。 ^{[ 3 ]} 1790年6月18日の朝、ロシアのサンクトペテルブルクで、ロヴィッツは太陽の光輪の壮大な光景を目撃しました。彼の観察の中には、幻日から降りてきて太陽の下に伸びる弧がありました。

原文 (フランス語): 6. Ces deux derniers parhélies qui se trouvoient à quelque distance des交差点 du grand cercle horizo​​ntal par les deux couronnes qui entourent lesoleil, renvoyoient d'abord des deux cotés de party d'arc très courtes colorées xi & yk dont la Direction s'inclinoit au dessous du soleil jusqu'aux deux demi-arcs de cercle intérieurs die & dke 。 En Second lieu ils étoient pourvues des queues longues, claires & blanches x ζ & y η , opposées ausoleil & renfermées dans la circonference du grand cercle afbg 。^{[ 4 ]}

翻訳 : 6. 太陽を取り囲む2つのコロナによって大水平円が交わる点からある程度離れたところにあったこれら最後の2つの幻日が、まず、両側から非常に短い色のついた弧xiとykを放ち、その方向は太陽の下方に傾き、2つの内側の半円弧dieとdkeまで達した。次に、それらは太陽から遠ざかる方向に長く明るい白い尾xζとyηを持ち、大円afhgの円周内に含まれていた。

ローヴィッツは1790年10月18日に、目撃した現象の詳細な図解を添えて、サンクトペテルブルク科学アカデミーに正式に報告した。^{[ 5 ]}この図解には、現在「ローヴィッツ弧」と呼ばれるものが含まれていた。

しかし、一部の科学者は（もっともなことに）この現象の存在を疑っていました。^{[ 6 ]}この現象はめったに発生せず、ローウィッツアークはあまり知られていなかったため、目撃した人が必ずしもそれを認識できるとは限りませんでした。さらに、小型で安価なデジタルカメラが登場するまでは、目撃者がそれを記録するためのカメラを手元に持っていることはほとんどなく、たとえカメラを持っていたとしても、カメラの感度がローウィッツアークの微かな光を記録するのに十分でない場合もありました。明らかにローウィッツアークである写真が研究や分析に利用できるようになったのは、1990年頃からです。^{[ 7 ] [ 8 ]}

太陽が空の低い位置にあるとき、太陽の左右に、太陽と同じ高度に光る点が現れることがあります。これらの光る点は「幻日」または「幻影」と呼ばれます。（このような場合、太陽は光の輪または暈に囲まれていることが多く、太陽と暈の間の角度（角度の頂点にいる観測者）は 22° です。）まれに、これらの幻日から上または下にかすかな弧が伸びることがあります。幻日から伸びるこれらの弧は「ローヴィッツ弧」と呼ばれます。幻日からは最大 3 つの異なる弧が伸びることがあります。最初に太陽に向かって傾斜し、その後下方に伸びる短い弧は「下ローヴィッツ弧」と呼ばれます。2 番目に長い弧も幻日から下方に伸びますが、その後太陽の下で湾曲し、おそらくもう 1 つの幻日と合流します。これは「中ローヴィッツ弧」または「円形ローヴィッツ弧」です。最後に、3 番目の弧が幻日から上方に伸びることがあります。これは「上部ローヴィッツ弧」です。^{[ 9 ]}ローヴィッツは1790年の図では下部ローヴィッツ弧のみを記録しました。

22°太陽暈や幻日と同様に、ローウィッツアークも太陽光が氷晶を通過する際に屈折（曲がる）することによって生じると考えられている。しかし、ローウィッツアークを生成する氷晶の形状や向きについては、依然として議論が続いている。

1840年、ドイツの天文学者ヨハン・ゴットフリート・ガレ（1812年 - 1910年）は、ローヴィッツ弧の下部は幻日と同様に、六角形の氷の結晶を通して太陽光が屈折することによって生成されると提唱した。しかし、幻日の場合、柱状の結晶は垂直方向に配向しているのに対し、ローヴィッツ弧の場合は、結晶が垂直軸を中心に振動するとガレは提唱した。^{[ 10 ]}

光学を専門とするアメリカの物理学者チャールズ・シェルドン・ヘイスティングス（1848 - 1932）^{[ 11 ]}は、 1901年に、ローウィッツ弧は氷の六角形の板が落下する際に、板の平面内の水平軸を中心に振動し、落ち葉のひらひらとした動きに似ているためであると提唱した。^{[ 12 ]}その後、1920年に、板は単に振動するのではなく、長い対角線を中心に回転すると提唱した。^{[ 13 ] [ 14 ]}

ヘイスティングスによれば、太陽光は氷板の端の面の1つから入射し、屈折して氷の結晶を伝播し、最初の面に対して60°の角度にある氷板の端の別の面から出射し、出射時に再び屈折して、最終的に観測者に到達します。氷板は回転するため、弧全体にわたる氷板は、各回転中のある時点で、太陽光を観測者に屈折させるように向きを変えます。六角形の氷板には、回転できる3つの長い対角線がありますが、1つの軸を中心とした回転のみが下側のローウィッツ弧を引き起こします。^{[ 15 ]}他のローウィッツ弧（中央と上側の弧）は、太陽光が六角形の氷板の他の2組の面を通過することによって生じます。^{[ 16 ]}

しかし、1990 年頃から、明らかにローウィッツ弧であるものの写真が研究に利用できるようになった。さらに、数値光線追跡ソフトウェアにより、ローウィッツ弧をコンピュータでシミュレートできるようになったため、氷結晶​​の形状と向きに関する仮説から、仮想的なローウィッツ弧の形状と強度を予測し、実際の弧の写真と比較することができる。このようなシミュレーションの結果、ローウィッツ弧の従来の説明にはいくつかの欠点があることが判明した。具体的には、完全に六角形で回転するプレートのみがローウィッツ弧を生成すると仮定したシミュレーションでは、弧の強度が間違って予測される。プレートがほぼ水平であると仮定するか、氷結晶がより菱形であるか、水平方向に配向した六角柱であると仮定することで、より正確なシミュレーションが得られた。^{[ 17 ] [ 18 ]}

したがって、ローウィッツ弧が生成される正確なメカニズムは未だ解明されていない。

• オーギュスト・ブラヴェ (1847) 「Mémoire sur les halos et les phénomènes optiques qui les accompagnent」(ハローとそれに伴う光学現象に関する回想録)、Journal de l'Ecole Royale Polytechnique、18  : 1-270。参照:ページ 47-49: 「§ X. -- ロウィッツの斜角」。 (ローウィッツの斜弧)。
• Josef Maria PernterおよびFelix Maria Exner、Meteorologische Optik、第 2 版。 （オーストリア、ウィーン：ヴィルヘルム・ブラウミュラー、1922年）。参照:ページ 360-380: 47. Nebensonne、Halo von 22° und Lowitz の schiefe Bögen。 (47. サンドッグ、22° のハロー、およびローウィッツの斜めの弓。)
• ウィリアム・ジャクソン・ハンフリーズ著『空気の物理学』第2版（ニューヨーク、ニューヨーク：マグロウヒル、1929年）には、ローウィッツ弧について495～501ページで解説されています。
• ロバート・グリーンラー著『虹、光輪、そして栄光』（ケンブリッジ大学出版局、1980年）には、ローウィッツ弧に関する記述が44～47ページで掲載されている。
• ウォルター・テープ（ハロー現象の研究者）：

• Walter Tape 編『大気ハロー』、南極研究シリーズ、第 64 巻 (ワシントン DC: アメリカ地球物理学連合、1994 年)。98ページで(写真による証拠がない場合)、Tape は Lowitz アークを単なるParry アークとみなしています。
• Walter Tape および Jarmo Moilanen、「大気ハローと角度 X の探索」（ワシントン DC: アメリカ地球物理学連合、2006 年）。
• ウォルター・テープのウェブサイト

• James R. Mueller、Robert G. Greenler、A. James Mallmann (1979年8月1日)「ローウィッツの弧」、Journal of the Optical Society of America、69 (8)  : 1103-1106。
• RAR（ロナルド・アルフレッド・ランソン）トリッカー著、『気象光学入門』（ニューヨーク、ニューヨーク：エルゼビア、1970年）。
• マルコ・リーコネン、ハロット。 Jääkidepilvien valoilmiöt [Halos.氷の結晶雲の光学現象] (フィンランド、ヘルシンキ: ウルサ、2011 年) -- フィンランド語。

• 大気光学（ハロー現象などに関するウェブサイト）

• 大気光学 ：ローウィッツアーク
• 大気光学 ：HaloSim3（ハロー現象などをシミュレーションするためのソフトウェア）

• ハロー観測プロジェクト ：珍しいハローなどの観測記録と写真のデータベース（1990年代から2006年まで）
• Arbeitskreis Meteore eV（大気光学観測を専門とするドイツのグループ）：

• アルベイツクライス隕石 eV  : 上部ローウィッツ弧
• アルベイツクライス流星 eV  : ロウィッツ アーク
• Arbeitskreis Meteore eV  ：2010年11月27日、バイエルン・アルプスのズーデルフェルトで発生した、ハロなどの壮大な現象（ドイツ語）

• 氷の結晶の光輪 ：光輪などの写真集。
• バイエルン・アルプスのガイゲルシュタイン山で撮影されたハロ現象の写真（2005年10月15日）