Rzadkie zjawisko pobocznych księżyców udokumentowane w ekstremalnie niskich temperaturach

Niedawno na nocnym niebie zaobserwowano fascynujące i niezwykle rzadkie zjawisko optyczne, znane w terminologii naukowej jako paraselene, a potocznie nazywane „pobocznymi księżycami” lub „psami księżycowymi”. Ten spektakularny fenomen wizualny objawia się jako zestaw dodatkowych, jasnych obrazów tarczy księżycowej, które wydają się zawieszone w przestrzeni obok głównego satelity. Powstanie tego widowiska jest nierozerwalnie związane ze specyficznymi warunkami meteorologicznymi, charakteryzującymi się wyjątkowo silnym mrozem. Raporty wskazują, że temperatury w regionie obserwacji spadły poniżej minus 20 stopni Celsjusza, co stanowiło niezbędny warunek wstępny do uformowania się odpowiedniego stanu atmosferycznego umożliwiającego tę świetlną iluminację.

Z punktu widzenia fizyki, ta wizualna manifestacja jest wynikiem precyzyjnej interakcji między światłem odbijanym przez Księżyc a cząsteczkami lodu zawieszonymi w powietrzu. Proces ten polega na refrakcji, czyli załamaniu promieni świetlnych przechodzących przez poziomo zorientowane, sześciokątne kryształki lodu, które znajdują się w chmurach wysokiego piętra. Kryształy te pełnią rolę naturalnych pryzmatów, odchylając bieg światła pod kątem wynoszącym w przybliżeniu 22 stopnie w stosunku do pierwotnej ścieżki promieni księżycowych. W rezultacie po obu stronach tarczy Księżyca powstają charakterystyczne, świetliste punkty. Formacje te najczęściej spotyka się w chmurach typu cirrus, które dryfują na wysokościach, gdzie panują temperatury wystarczająco niskie, by umożliwić trwałe formowanie się struktur lodowych.

Mechanizm powstawania tego zjawiska jest bardzo zbliżony do procesu tworzenia się pobocznych słońc, znanych jako parhelia, które można obserwować w ciągu dnia. Niemniej jednak, nocna obserwacja paraselene jest zdarzeniem znacznie rzadszym i trudniejszym do uchwycenia. Aby te wyraźne, jasne punkty mogły się zamanifestować, konieczne jest jednoczesne wystąpienie kilku czynników: wysokiej wilgotności powietrza, przejrzystości w górnych warstwach atmosfery oraz wspomnianego wcześniej, dotkliwego mrozu. Kluczowym elementem jest tutaj idealne, uporządkowane ustawienie sześciobocznych kryształów. W sytuacji, gdy ich orientacja w przestrzeni jest chaotyczna, efekt załamania ulega rozproszeniu, co skutkuje jedynie rozmytą poświatą zamiast wyraźnych, jasnych „fałszywych księżyców”.

Zjawiska z zakresu optyki atmosferycznej, takie jak opisane poboczne księżyce, stanowią dla środowiska naukowego bezcenne źródło danych dotyczących składu i dynamiki górnej troposfery oraz dolnej stratosfery. Dokładna dokumentacja czasu, miejsca oraz precyzyjnych parametrów termicznych towarzyszących takim zdarzeniom pozwala fizykom atmosfery na tworzenie zaawansowanych modeli dotyczących kształtu i rozmieszczenia kryształów lodu w chmurach. Wyniki dotychczasowych badań sugerują, że to właśnie płaskie, płytkowe kryształy o sześciobocznej podstawie najczęściej ustawiają się w pozycji horyzontalnej pod wpływem sił aerodynamicznych podczas swobodnego opadania. To zjawisko prowadzi bezpośrednio do powstania 22-stopniowego halo oraz towarzyszących mu intensywnych plam świetlnych, które tak zachwycają obserwatorów.

Wyjątkowość tego konkretnego pokazu świetlnego jest potęgowana przez bardzo rygorystyczne wymagania środowiskowe. Stabilne temperatury utrzymujące się na poziomie poniżej minus 20 stopni Celsjusza nie występują powszechnie na wysokościach, na których formują się chmury lodowe, zwłaszcza w połączeniu z odpowiednio wysokim stężeniem perfekcyjnie zorientowanych kryształów. Choć standardowe, koliste halo księżycowe o promieniu 22 stopni jest zjawiskiem relatywnie częstym, to wyraźne i intensywne paranthelia wymagają znacznie wyższego stopnia uporządkowania struktury lodu. Opisywana obserwacja służy jako doskonała, praktyczna demonstracja prawa załamania Snella w kontekście naturalnych soczewek atmosferycznych, dostarczając jednocześnie istotnych informacji dla klimatologów analizujących lokalne, ekstremalne anomalie pogodowe sprzyjające krystalizacji lodu.