Mặt Trời giả có thể xuất hiện như một đốm màu của ánh sáng ở bên trái hoặc bên phải của mặt trời, vị trí 22° và tại cùng một khoảng cách trên đường chân trời như Mặt Trời, trong quầng sáng băng. Chúng có thể được nhìn thấy ở bất cứ đâu trên thế giới trong bất cứ mùa nào, nhưng chúng không luôn luôn rõ ràng hoặc sáng. Mặt Trời giả dễ thấy nhất khi mặt trời ở vị trí thấp.

Mặt trời giả rực rỡ trên Fargo, Bắc Dakota, Mỹ. Chú ý rằng quầng mặt trời có một điểm sáng là mặt trời giả.

Hiện tượng Mặt Trời giả xuất hiện khi ánh sáng Mặt Trời trên cao đi qua các tinh thể băng trong không khí. Ngoài Mặt Trời thật ở vị trí trung tâm, người quan sát còn nhìn thấy hình ảnh phản chiếu ở hai bên.

Hiện tượng này xảy ra khi nhiệt độ thấp hơn -30 độ C, không khí có nhiều hơi nước và các tinh thể băng.

Quầng tinh thể được nhìn thấy khi Mặt Trời ở gần đường chân trời, trên cùng mặt phẳng theo phương ngang của người quan sát và các tinh thể băng. Khi ánh sáng xuyên qua tinh thể băng, nó bị bẻ cong một góc khoảng 22 độ trước khi phản chiếu đến mắt.

Mô phỏng quá trình phản xạ ánh sáng tạo ảo giác ba Mặt Trời cùng xuất hiện trước mắt người quan sát. (Ảnh: Telegraph).

Mặt trời giả được hình thành khi những tinh thể băng hình lục giác trong những đám mây ti ở trên cao và lạnh trong điều kiện thời tiết rất lạnh, bởi những tinh thể băng trôi dạt trong không khí ở cao độ thấp. Những tinh thể này tác dụng như những lăng kính, làm bẻ cong các tia sáng đi qua chúng. Khi các tinh thể rơi trong không khí, chúng bị canh thẳng đứng, làm khúc xạ ánh sáng mặt trời theo phương ngang nên mặt trời giả xuất hiện.

Mặt trời giả tại Cực Nam. (Ảnh: Deven Stross / NSF).

Mặt trời giả thường có màu hơi nhuốm đỏ ở phía đối diện với mặt trời và có thể loe thêm những cái đuôi trắng-xanh vắt ngang ra xa. Cái đuôi của mặt trời giả hình thành bởi ánh sáng đi qua tinh thể ở những góc khác với góc lệch tối ưu.

Chỉ vì chúng hình thành từ những tinh thể băng không có nghĩa là mặt trời giả chỉ có thể xuất hiện trong thời tiết giá lạnh. Chúng có thể xuất hiện mọi lúc trong năm và ở mọi nơi, mặc dù chúng dễ nhìn thấy nhất khi mặt trời ở thấp trên đường chân trời vào tháng 1, tháng 4, tháng 8 và tháng 10. Chúng còn xuất hiện khi những tinh thể băng trong khí quyển có nhiều, nhưng chúng có thể được nhìn thấy ở mọi nơi và mọi lúc, miễn là có những đám mây ti.

Hiện tượng ba mặt trời xuất hiện ở Nga.

Khi mặt trời dâng lên cao, mặt trời giả thật sự có thể trôi giạt ra khỏi điểm 22 độ. Cuối cùng, mặt trời leo lên đến một điểm đủ cao thì mặt trời giả hoàn toàn biến mất.

Người Hi Lạp cổ đại đã nhận ra rằng mặt trời giả là điềm báo mưa khá chính xác. Những tinh thể băng tạo ra vầng hào quang và mặt trời giả cũng hình thành nên những đám mây ti, chúng tạo nên loại mây tiêu biểu báo trước sự ngưng tụ nước ấm áp.

Ngoải hiện tượng Mặt Trời giả còn có hiện tượng Mặt Trăng giả xuất hiện bên cạnh mặt trăng và hình thành do ánh sáng mặt trời đi xuyên qua các tinh thể băng. Mặt trăng giả, hay paraselenae, không xuất hiện thường xuyên như mặt trời giả vì chúng chỉ được nhìn thấy khi mặt trăng chiếu sáng và vì chúng xuất hiện vào ban đêm.