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天空的云层中飘浮着一些六角形柱状的冰晶体。由于重力的作用，这些冰晶体有时会整齐地在空中垂直排列。当太阳光线照在这些整齐排列的六角形冰柱上时会发生规律的折射，其中一部分太阳光被折射到太阳的侧面。人眼仍然以直接沿刚刚进入瞳孔的光线方向来判断这些折射光发散顶点的位置，看起来该点存在另一个太阳。
传说中曾有后羿射日，十个太阳齐上天空的现象仅仅是个传说，是不可能出现的。可是，天上同时出现两个太阳的奇观却可能出现，例如，2007年11月14日下午3时许，哈尔滨的天空中就同时出现了两个太阳。其原理是什么呢？
我们把出现两个太阳的景象称作“幻日”。“幻日”其实是大气的一种光学现象。在天空的半透明薄云中，飘浮着一些六角形柱状的冰晶体。由于重力的作用，这些冰晶体有时会整齐地在空中垂直排列。当太阳光线照在这些整齐排列的六角形冰柱上时，就会发生非常规律的折射。其中有一部分太阳光被折射到太阳的侧面。人的眼睛看到这些被折射到太阳侧面的光线，仍然以直接沿刚刚进入瞳孔的光线方向来判断这些折射光发散顶点的位置，所以认为在该点存在另外一个太阳。其实这只是太阳的虚像。随着太阳越升越高，通过冰晶柱的光线也会越来越远离地平线，偏折的角度也会越来越大，因此会看到太阳两侧的幻日远离中心的太阳，但与太阳却始终保持相同的高度。还有一个奇观，那就是幻日靠近太阳的一侧是红色的，远离太阳的一侧却是蓝紫色的，这一奇观是由太阳光在冰晶体中的色散造成的。
幻日是极为罕见的景象，这是因为幻日的出现必须有特殊的气候条件。
首先，要有云，而且云层的位置要高，云中要有大量的水气，温度要低（零下30℃以下）才能形成冰晶；其次，云层要薄，透光率要好，这样太阳光才能被折射出来；第三，太阳与冰晶及观察者之间的角度要正好，这点很重要，也很苛刻，因为稍微偏一点都看不到。因此，能够看到“幻日”这种大气光学现象，确实不是一件容易的事。
“幻日”现象出现的时间一般是早晨5时30分至6时之间，或者上午9时左右，傍晚也会出现。但正午一般不会出现，因为正午太阳是直射，不满足折射的条件。而且中午的太阳光线非常强烈，即便出现幻日现象，肉眼也观测不到。
其实，很多地方都出现过幻日现象，出现幻日的大小、明暗和多少，和高空小冰柱的分布情况有关。幻日现象持续的时间一般都很短，长则几十分钟，短则几分钟。这是因为空中的云移动得比较快，云一走，下一块云的组成不一样，幻日也就消失了，因此我们也就看不到幻日了。
除地球之外，在太阳系其他星球上也会出现幻日现象。在火星上，冰晶柱有的是由小水滴凝结而成，有的是由固态二氧化碳，即干冰构成。在木星、土星、天王星和海王星这些本身由气体构成的星球上，冰晶柱是由甲烷、氨气及其他气体结晶构成的，它们也会折射太阳光，形成幻日现象，有时甚至比地球上的更为壮观，在太阳的两侧会形成四个，甚至更多个幻日。
