Cầu vồng lửa là gì: cung chân trời trên mây ti giữa trưa hè

"Cầu vồng lửa" là cung chân trời (circumhorizontal arc): một dải màu rực, gần như nằm ngang, hiện trên mây ti thấp hơn Mặt Trời khoảng 46 độ, chỉ khi Mặt Trời cao trên khoảng 58 độ. Nó không phải lửa, cũng không phải cầu vồng: ánh nắng đi vào mặt bên đứng thẳng của những tấm băng dẹt nằm ngang rồi ló ra ở mặt đáy, như qua một lăng kính 90 độ. Ở Việt Nam, đây là hiện tượng của những buổi gần trưa trong mùa nắng.

Thấy ở đâu, lúc nào

Cung chân trời nằm cùng phía với Mặt Trời nhưng thấp hơn nhiều, song song với đường chân trời. Màu của nó xếp từ đỏ ở trên (phía Mặt Trời) xuống lam tím ở dưới. Cung có thể chạy dài nhiều chục độ, nhưng mắt ta chỉ thấy đoạn nào có mây ti với tinh thể phù hợp. Vì thế thường chỉ thấy một mảng mây bị "nhuộm" bảy màu, nhất là những mảng mây ti có hình ngọn lửa, lông chim. Chính cảnh mây hình lửa rực màu ấy đã đẻ ra cái tên "cầu vồng lửa" lan trên mạng.

Điều kiện độ cao Mặt Trời là chìa khoá. Mặt Trời phải lên trên khoảng 58 độ, tức là cao hơn hai phần ba quãng từ chân trời lên đỉnh đầu. Ở xứ ôn đới như Anh, Mặt Trời chỉ lên cao như vậy vài tuần giữa mùa hè, ít giờ quanh trưa; xa hơn về phía bắc thì không bao giờ. Vì thế cung chân trời ở đó hiếm. Ở vùng nhiệt đới như Việt Nam, điều kiện này lại dễ đạt.

Các mốc trên tính theo hình học Mặt Trời, làm tròn, chỉ để định hướng. Ngay cả trong những tháng ấy, Mặt Trời chỉ vượt 58 độ trong vài giờ quanh trưa. Vào tháng 5–7 ở miền Bắc hay phần lớn năm ở miền Nam, khoảng thời gian này có thể kéo dài từ giữa buổi sáng đến đầu giờ chiều.

Cơ chế: vào mặt bên, ra mặt đáy

Tấm băng dẹt nằm ngang

Như mặt trời giả và cung đỉnh đầu, cung chân trời cần những tấm băng lục giác dẹt rơi chậm với mặt phẳng nằm ngang. Tấm có sáu mặt bên đứng thẳng và hai mặt lớn nằm ngang.

Đường đi của tia sáng

Khi Mặt Trời ở rất cao, tia nắng chiếu gần như từ trên xuống. Một phần tia đi vào qua mặt bên đứng thẳng của tấm, đi xuống trong tinh thể và ló ra qua mặt đáy nằm ngang. Mặt bên và mặt đáy vuông góc nhau: đây là lăng kính 90 độ, đi theo chiều ngược với cung đỉnh đầu (cung đỉnh đầu vào mặt trên, ra mặt bên).

Ánh sáng ló ra bị bẻ hướng xuống, tạo thành một vòng tròn song song chân trời, nằm thấp hơn Mặt Trời khoảng 46 độ. Vì tấm băng xoay tự do quanh trục đứng, vòng có thể chạy quanh cả bầu trời, nhưng phần sáng nhất nằm phía dưới Mặt Trời.

Vì sao phải trên 58 độ

Nếu Mặt Trời thấp, tia đi vào mặt bên gần như nằm ngang, bên trong tinh thể gặp mặt đáy ở góc rất xiên, vượt góc tới hạn nên bị phản xạ toàn phần, không ra được. Chỉ khi Mặt Trời cao trên khoảng 58 độ, tia mới ló ra được qua mặt đáy. Cung rực nhất khi Mặt Trời cao khoảng gần 70 độ.

Ngưỡng 58 độ của cung chân trời và ngưỡng 32 độ của cung đỉnh đầu cộng lại đúng 90 độ, không phải ngẫu nhiên: chúng là hai chiều đi của cùng một lăng kính, với cùng một góc tới hạn.

Vì sao màu rực hơn cầu vồng

Lăng kính 90 độ tách màu mạnh. Các tấm băng nằm ngang khá đều. Kết quả là các dải màu tách rời, ít chồng lên nhau, rõ hơn cả cầu vồng. Khi một mảng mây ti hình lông chim nằm đúng chỗ cung đi qua, từng sợi mây hiện màu riêng, trông như mây bốc cháy nhiều màu.

Màu đỏ nằm ở mép trên vì đỏ bị bẻ ít nhất, tức nằm gần Mặt Trời nhất. Mép dưới là lam, tím nhạt.

Dễ nhầm với gì

Mẹo phân biệt với mây ngũ sắc: màu của cung chân trời xếp thành dải ngang song song chân trời, thứ tự cố định, dù mây có hình gì. Màu của mây ngũ sắc thì đi theo đường viền mây, loang theo độ dày mỏng của mây. Mây ngũ sắc có bài riêng.

Hiểu lầm thường gặp

• "Cầu vồng lửa là điềm báo, thiên tai." Đây là quang học của băng, chỉ báo rằng trên cao có mây ti với tinh thể dẹt.
• "Hiếm, cả trăm năm mới thấy." Ở xứ ôn đới thì hiếm. Ở Việt Nam, những tháng nắng có mây ti, người để ý bầu trời quanh trưa có thể thấy vài lần trong năm.
• "Cầu vồng lửa và cầu vồng lộn ngược là một." Không. Một cái gần đỉnh đầu khi Mặt Trời thấp, một cái gần chân trời khi Mặt Trời cao. Không thể thấy hai cung cùng lúc.
• "Phải có mưa." Cung chân trời thường xuất hiện trong ngày nắng đẹp, chỉ có mây ti ở tầng cao.

Tự quan sát / tự thử an toàn

Cung chân trời xuất hiện khi Mặt Trời rất cao và rất gắt. Không nhìn ngước về phía Mặt Trời, không dùng ống nhòm hay kính râm để "nhìn cho rõ" Mặt Trời. Cung nằm thấp hơn Mặt Trời tới 46 độ, nên bạn chỉ cần nhìn phần trời thấp, dưới tầm vành nón hay vành mũ.

1. Chọn giờ: trong những tháng ở bảng trên, từ khoảng 10 giờ sáng đến 2 giờ chiều, khi bóng của bạn ngắn hơn chiều cao người (Mặt Trời trên 45 độ) và càng ngắn càng tốt. Bóng chỉ còn khoảng 0,6 lần chiều cao người là Mặt Trời đã lên khoảng 58 độ.
2. Đội mũ có vành: vành mũ chắn Mặt Trời, để mắt chỉ nhìn phần trời thấp. Đứng dưới hiên nhà cũng được.
3. Tìm mây ti: mây trắng mỏng, sợi như lông chim ở tầng cao, nằm cùng phía Mặt Trời nhưng thấp hơn nhiều.
4. Đo vị trí: nhìn khoảng hai sải tay xoè (mỗi sải khoảng 20–22 độ) bên dưới Mặt Trời. Mảng mây nào có dải màu nằm ngang, đỏ ở trên, đó chính là cung chân trời.
5. Chụp ảnh: để Mặt Trời ngoài khung hình hoặc sau mái hiên. Chụp ngang, giảm nhẹ phơi sáng cho màu đậm.

Tự kiểm bằng bóng của mình

Bạn không cần thước đo góc để biết Mặt Trời cao bao nhiêu: hãy đo bóng của một cây gậy thẳng đứng. Khi bóng bằng khoảng 0,6 lần chiều dài gậy, Mặt Trời cao khoảng 58–59 độ. Bóng ngắn hơn nữa là đủ điều kiện cho cung chân trời. Hãy ghi lại ngày và giờ bóng bắt đầu ngắn hơn mức đó ở nơi bạn sống; đó là "cửa sổ" của cung chân trời trong ngày.