Un arco de Lowitz es un fenómeno óptico que ocurre en la atmósfera; específicamente, es un tipo raro de halo de cristal de hielo que forma un arco luminoso que se extiende hacia adentro desde un parhelio y puede continuar por encima o por debajo del sol. [1] [2]
El fenómeno recibe su nombre de Johann Tobias Lowitz (o Lovits) (1757-1804), un boticario y químico experimental ruso nacido en Alemania. [3] En la mañana del 18 de junio de 1790 en San Petersburgo, Rusia, Lowitz presenció una espectacular exhibición de halos solares . Entre sus observaciones, notó arcos que descendían de los parhelios y se extendían por debajo del sol:
Original (en francés ): 6. Ces deux derniers parhélies qui se trouvoient à quelque Distance des junctions du grand cercle horizontal par les deux couronnes qui entourent le soleil, renvoyoient d'abord des deux cotés de Parties 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 segundo lugar, ils étoient pourvues des queues longues, claires & blanches x ζ & y η , opposées au soleil & renfermées dans la circonference du grand cercle afbg . [4]
Traducción : 6. Estos dos últimos parhelios, que se encontraban a cierta distancia de las intersecciones del gran círculo horizontal por las dos coronas que rodeaban al sol, enviaban, en primer lugar, desde los dos lados arcos coloreados muy cortos xi & yk cuya dirección se inclinaba por debajo del sol hasta los dos arcos semicirculares interiores die & dke . En segundo lugar, tenían colas largas, brillantes y blancas x ζ & y η , dirigidas lejos del sol e incluidas en la circunferencia del gran círculo afhg .
Lowitz informó formalmente del fenómeno a la Academia de Ciencias de San Petersburgo el 18 de octubre de 1790, incluyendo una ilustración detallada de lo que había presenciado. [5] La ilustración incluía lo que ahora se llama “arcos inferiores de Lowitz”.
Sin embargo, algunos científicos (y no sin razón) dudaron de la existencia del fenómeno: [6] el fenómeno ocurre raramente; y como los arcos de Lowitz eran poco conocidos, las personas que los presenciaban no siempre los reconocían; además, hasta la llegada de las cámaras digitales pequeñas y económicas, los testigos rara vez tenían a mano cámaras para grabarlos, e incluso si las tenían, las cámaras no siempre eran lo suficientemente sensibles para registrar los tenues arcos de Lowitz. Solo desde alrededor de 1990 se han podido obtener fotografías de lo que claramente son arcos de Lowitz para su estudio y análisis. [7] [8]
A veces, cuando el sol está bajo en el cielo, hay puntos luminosos a la izquierda y a la derecha del sol y a la misma altura que el sol. Estos puntos luminosos se llaman " parhelios " o "parhelia". (A menudo, en estas ocasiones, el sol también está rodeado por un anillo luminoso o halo, el ángulo entre el sol y el halo (con el observador en el vértice del ángulo) mide 22°). En raras ocasiones, arcos tenues se extienden hacia arriba o hacia abajo desde estos parhelios. Estos arcos que se extienden desde los parhelios son "arcos de Lowitz". Hasta tres arcos distintos pueden extenderse desde los parhelios. El arco corto que primero se inclina hacia el sol y luego se extiende hacia abajo se llama "arco de Lowitz inferior". Un segundo arco más largo también puede extenderse hacia abajo desde el parhelios pero luego curvarse bajo el sol, quizás uniéndose al otro parhelios; este es el "arco de Lowitz medio" o "arco de Lowitz circular". Finalmente, un tercer arco puede extenderse hacia arriba desde el parhelios; este es el "arco de Lowitz superior". [9] En su diagrama de 1790, Lowitz registró sólo un arco de Lowitz inferior.
Al igual que el halo solar de 22° y los parhelios, se cree que los arcos de Lowitz son causados por la refracción (curva) de la luz solar a través de los cristales de hielo. Sin embargo, todavía hay cierta controversia sobre la forma y la orientación de los cristales de hielo que producen los arcos de Lowitz.
En 1840, el astrónomo alemán Johann Gottfried Galle (1812-1910) propuso que los arcos de Lowitz inferiores se producían como los parhelios, es decir, por la refracción de la luz solar a través de cristales de hielo hexagonales. Sin embargo, en el caso de los parhelios, los cristales columnares están orientados verticalmente, mientras que en el caso de los arcos de Lowitz, propuso Galle, los cristales oscilaban alrededor de sus ejes verticales. [10]
Charles Sheldon Hastings (1848 - 1932), [11] físico estadounidense especializado en óptica, sugirió en 1901 que los arcos de Lowitz se debían a placas hexagonales de hielo, que oscilaban alrededor de un eje horizontal en el plano de la placa a medida que esta caía, de forma similar al aleteo de una hoja que cae. [12] Más tarde, en 1920, propuso que las placas rotan, en lugar de simplemente oscilar, alrededor de sus largas diagonales. [13] [14]
Según Hastings, la luz solar entra por una de las caras del borde de la placa, se refracta, se propaga a través del cristal de hielo y luego sale por otra cara del borde de la placa, que está a 60° de la primera cara, se refracta de nuevo al salir y finalmente llega al observador. Debido a que las placas de hielo giran, las placas a lo largo de un arco están orientadas, en algún momento durante cada rotación, para refractar la luz solar hacia el observador. Una placa hexagonal tiene tres diagonales largas sobre las que puede girar, pero la rotación alrededor de solo uno de los ejes causa el arco de Lowitz inferior. [15] Los otros arcos de Lowitz, el arco medio y el arco superior, son causados por la luz solar que pasa a través de los otros dos pares de caras de la placa de hielo hexagonal. [16]
Sin embargo, desde alrededor de 1990, se han puesto a disposición fotografías de lo que claramente son arcos de Lowitz para su estudio. Además, el software de trazado numérico de rayos permite simular los arcos de Lowitz mediante computadoras, de modo que, a partir de hipótesis sobre la forma y la orientación de los cristales de hielo, se puede predecir la forma y la intensidad de un arco de Lowitz hipotético y compararlo con fotografías de arcos reales. Como resultado de tales simulaciones, se ha descubierto que la explicación tradicional de los arcos de Lowitz tiene algunas deficiencias. En concreto, las simulaciones que suponen que solo las placas rotatorias perfectamente hexagonales producen arcos de Lowitz predicen intensidades erróneas para los arcos. Se obtuvieron simulaciones más precisas suponiendo que las placas eran casi horizontales, o que los cristales de hielo tenían una forma más rómbica o eran columnas hexagonales orientadas horizontalmente. [17] [18]
Por lo tanto, el mecanismo exacto por el cual se producen los arcos de Lowitz sigue sin resolverse.