В морозный день на небе иногда можно увидеть светящиеся кольца кресты ложные светила это
Опубликовано: 09.05.2024
Какую окраску имеют гало при преломлении белого света в кристалликах льда? Ответ поясните.
Гало и венцы
Гало — оптическое явление, заключающееся в образовании светящегося кольца вокруг источника света. Термин произошёл от фр. halo и греч. halos -«световое кольцо».
Гало обычно возникают вокруг Солнца или Луны, иногда — вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Они вызваны преимущественно отражением и преломлением света ледяными кристаллами в перистых облаках и туманах. Для возникновения некоторых гало необходимо, чтобы ледяные кристаллы, имеющие форму шестигранных призм, были ориентированы по отношению к вертикали одинаковым или хотя бы преимущественным образом.
Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу, однако гало в условиях низкой освещённости имеет малую цветность. Окрашенные гало образуются при преломлении света в шестигранных кристаллах ледяных облаков; неокрашенные (бесцветные) формы — при его отражении от граней кристаллов. Иногда в морозную погоду гало образуется очень близко к земной поверхности. В этом случае кристаллы напоминают сияющие драгоценные камни.
Вид наблюдаемого гало зависит от формы и расположения кристаллов. Наиболее обычные формы гало: радужные круги вокруг диска Солнца или Луны; паргелии, или «ложные Солнца», - слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с Солнцем справа и слева от него; паргелический круг — белый горизонтальный круг, проходящий через диск светила; столб — часть белого вертикального круга, проходящего через диск светила; он в сочетании с паргелическим кругом образует белый крест.
Гало следует отличать от венцов, которые внешне схожи с ним, но имеют другое происхождение. Венцы возникают в тонких водяных облаках, состоящих из мелких однородных капель (обычно это высококучевые облака) и закрывающих диск светила, за счёт дифракции. Они могут появиться также в тумане около искусственных источников света. Основная, а часто единственная часть венца — светлый круг небольшого радиуса, окружающий вплотную диск светила (или искусственный источник света). Круг в основном имеет голубоватый цвет и лишь по внешнему краю — красноватый. Его называют также ореолом. Он может быть окружён одним или несколькими дополнительными кольцами такой же, но более светлой окраски, не примыкающими вплотную к кругу и друг к другу.
Когда мы рассказывали о радуге, не нужно было предварительно объяснять, о чем именно идет речь. Что такое радуга, знает каждый читатель, он не раз видел ее. Иное дело - гало. По сравнению с радугой это оптическое явление значительно более редкое. Без сомнения, многим читателям не доводилось видеть его; более того, многие, наверное, даже не слышали о нем.
Это удивительное явление воспринималось в давние времена как божье знамение ; оно повергало в трепет религиозно настроенных людей, порождало суеверия. Вот одна из древних записей: Бысть знамение: стояще солнце в круге, а посреди круга крест, а посреди креста солнце, а вне круга два солнца, а над солнцем кроме круга дуга. (запись относится к началу ХП в.). Наблюдая на небосводе светящиеся кольца (они возникают вокруг солнца или луны), столбы, кресты, да к тому же имеющие подчас красноватый оттенок, люди усматривали в них знамения свыше , воспринимали их как божественные ореолы, святые кресты, кровавые мечи и т. п. Они считали, что эти знамения предвещают несчастья - войны, голод, болезни, говорят о божьей каре , о близкой смерти. Весьма характерен для тех времен эпизод, приведенный в романе В. И. Косты-лева Иван Грозный : Дрожащей рукой царь Иван отодвинул занавес. Испуганными глазами посмотрел на небо. Лицо его перекосилось от страха: на небе, в темной вышине крестообразное небесное знамение. Долго молча, в оцепенении, смотрел он на небо и вдруг, зашатавшись от слабости, прошептал; Вот знамение моей смерти! Вот оно.
И в приведенных выше древних записях, и в отрывке из романа об Иване Грозном мы встречаемся, разумеется, отнюдь не с божьими знамениями . Все эти знамения в действительности представляют собой оптическое явление - гало.
У Джека Лондона есть рассказ Тропой ложных солнц . В нем мы читаем: По обе стороны солнца стоят ложные солнца, так что в небе их сразу три. В воздухе от мороза алмазная пыль . Интересные описания ложных солнц и ложных лун можно найти в книге Северный полюс , принадлежащей перу известного американского полярного исследователя Роберта Пири. В этой книге Пири рассказывает о своей экспедиции к Северному полюсу, состоявшейся в 1908 г. Мы наблюдали гало,- пишет Пири,- два отчетливых кольца и восемь ложных лун в южной части неба. Это явление, объясняемое наличием в воздухе ледяных кристалликов, нередко можно наблюдать в Арктике. На этот раз внутреннее кольцо имело одну ложную луну в зените, одну в надире и по одной справа и слева. Четыре другие ложные луны размещались на внешнем кольце . На с. 131 изображено лунное гало, наблюдавшееся Робертом Пири. Поистине фантастическое зрелище посчастливилось увидеть ему во время путешествия к Северному полюсу!
Чаще удается наблюдать куда более скромное гало - в виде одного кольца вокруг солнца (или луны). Обычно оно появляется, когда тихая и ясная погода сменяется ветреной, давление воздуха падает, небо делается слегка беловатым, так что солнце светит как бы сквозь матовое стекло. Очерта-
ния солнца при этом становятся расплывчатыми, все вокруг кажется освегценным особенным светом. В такие дни и возникает вокруг солнца достаточно яркое кольцо, радиус которого наблюдатель видит под углом 22°. Чтобы солнце не слепило глаза, надо стать в тень или держать против солнца руку.
Итак, мы видим, что наблюдаемые гало могут выглядеть весьма разнообразно - светящиеся кольца, кресты, столбы, ложные светила. Какова же структура гало в обгцем случае?
Структура гало в общем случае.
Гало происходит от греческого
halos- круг . Структура гало в общем случае показана на рисунке 9.1. Предполагаем, что наблюдатель находится на равнинной местности с ровной линией горизонта. На рисунке наблюдатель стоит в точке О, являющейся центром плоского круга, ограниченного линией горизонта. Солнце (луну) и все элементы гало наблюдатель видит как бы размещенными на небосводе - сфере, опирающейся на линию горизонта. Светило (пусть это будет солнце) обозначено на рисунке через С. Вокруг солнца видны два светящихся кольца-кольцо 1 с угловым радиусом 22° (его обычно называют малым гало ) и кольцо 2 с угловым радиусом 46° ( боль-
шое гало ). Наблюдается также горизонтальный светящийся круг 3 (так называемый парелический круг); чтобы его увидеть целиком, наблюдатель должен повернуться вокруг своей оси на 360°. На рисунке показаны всевозможные ложные солнца. Через и Cj обозначены два ложных солнца, которые наблюдаются чаще всего. Через Сз и С4 обозначены ложные солнца, отстоящие от настоящего на 120°; их называют паран-телиями. На рисунке показаны также дополнительные светящиеся дуги 4, входящие в общую структуру гало. Само солнце изображено в центре светящегося креста.
Различные элементы гало можно разбить на две группы - бесцветные (белые) и с цветовыми оттенками. Парелический круг является белым, тогда как малое и большое гало слегка окрашены. Их внутренние края имеют красноватый оттенок, а наружные - фиолетово-синеватый. Если солнце находится относительно высоко над горизонтом, то ложные солнца выглядят практически белыми; они могут иметь слабые цветовые оттенки, соответствующие окраске дуг малого и большого гало. Цвет светящегося креста совпадает с цветом солнечного диска; он может казаться красноватым, если солнце находится вблизи линии горизонта.
Гало, наблюдаемые в действительности. Полная структура гало в действительности никогда не наблюдается целиком. Всякий раз перед наблюдателем возникают лишь какие-то элементы этой структуры. Так, гало может быть представлено всего лишь кольцом с угловым радиусом 22°. В других
случаях малое гало дополняется находящимися на нем ложными солнцами или крестом, который как бы накладывается на солнечный диск. Парелический круг и большое гало обычно видны не полностью, а частично - в виде отдельных дуг. Чаще всего полностью видно малое гало, но и оно может быть представлено всего лишь отдельными дугами. Иногда никаких колец вообще нет, а видны лишь три солнца - настоящее и два ложных (ложные солнца С, и С2 на рисунке 9.1). Появление перед наблюдателем тех или иных элементов гало зависит от состояния атмосферы, характера облачности в данном направлении в данный момент, о чем мы подробнее поговорим позднее.
На рисунке 9.2 показаны примеры обычно наблюдаемых гало. Правда, применять к гало слова обычно, обычный вряд ли можно - гало всегда исключительно редкое явление; его вид всякий раз неповторим. На рисунке 9.2,а воспроизведено малое лунное гало со светящимся крестом (со старинной акварели). На рисунке 9.2,6 изображено солнечное гало, наблюдавшееся в Париже 21 декабря 1910 г. Видны части малого гало, верхняя часть большого гало, касательная дуга и два ложных солнца. На рисунке 9.2,в приведена фотография тройного солнца, помещенная в газете Комсомольская правда от 19 декабря 1964 г.
Общие замечания о физике гало.
Гало наблюдаются на фоне перисто-слоистых или других облаков, состоящих из мелких ледяных кристалликов. В морозный день ледяные кристаллики могут находиться и в воздухе, окружа-
Гало – это живописный диск, яркий ореол или светящийся круг, образованный около мощного источника света оптическими свойствами атмосферных ледовых микрочастиц.
Общие сведения
Гало рождается при преломлении света кристаллами льда, возникшими в перистых облаках или низких слоях атмосферы. Эти замерзшие частицы различаются по форме и способу перемещения в воздухе. Они могут парить, медленно опускаться или кружиться. Вид оптического явления зависит от конфигурации элементов и их расположения. Играющая светом иллюзия схожа по механизму возникновения с радугой, но вместо капель воды в ней отражателями выступают кристаллы льда. Астроном из Голландии Марсел Миннарт внес особенный вклад в исследование явлений этой категории. Он посвятил много времени работе по изучению взаимодействия света и атмосферы, систематизации гало.
Почему появляются световые кольца?
Преломление света приводит к его разделению на спектры, и круг окрашивается как радуга, но с меньшим количеством цветов. К ярким видам оптического явления относятся паргелий, представляющий собой радужное пятно, и зенитная дуга, которая встречается в редких случаях и выглядит как перевернутая радуга.
Наблюдение и классификация разных видов гало
Самая распространенная форма гало – это светящийся круг с угловым радиусом в 22° и центром на солнечном или лунном диске. Оно возникает из-за преломления лучей в боковых гранях кристаллов. Малое гало слабо окрашено. В основном, это красный и оранжевый цвет. Большое гало, с радиусом около 46°, встречается редко, примерно, раз в год. Оно имеет красный оттенок с внутренней стороны, а его касательные дуги расцвечены полноценно. Еще реже можно заметить гало 90°, которое образует слабо светящийся круг, имеющий общий центр с меньшими кольцами.
Паргелический круг и дуги гало имеют белый цвет. Соединяясь вместе, различные виды гало образуют причудливые фигуры. Например, световой столб и светящийся круг пересекаются, образуя крест, который во время заката становится красным. Шестигранные кристаллы, расположенные вертикально, способны создать несколько ложных солнц. Такие проявления феномена считаются сложными гало. Они формируются крайне редко и вызывают неизменный интерес у ученых и просто наблюдателей. Существует явление схожее по внешнему виду с гало – это венцы, представляющие туманные диски вокруг Солнца, Луны или звезд. Они имеют малый радиус и возникают из-за рассеивания лучей в проходящих облаках. Объектами, отражающими в этом случае свет, являются капли воды.
Интересные факты: что предвещает ореол вокруг Солнца или Луны?
Появление в небесах святящихся кругов не всегда воспринималось со страхом. С ними связаны и приметы, предсказывающие погоду. Такое явление возникало перед циклоном или снежной бурей. Это подтверждают и климатические наблюдения – высокая влажность и ясная морозная погода часто предшествуют ухудшению погоды.
Гало, как и другие оптические иллюзии в небе, считались предвестниками плохих событий, особенно если принимали угрожающую форму креста или меча. Множество ложных солнц также вызывало панику, даже у закаленных в боях солдат армии Карла V, которые увидев их, сняли осаду Магдебурга и поспешно отступили.
Что такое гало
А объясняется все просто. Атмосферное явление возникает при преломлении световых лучей кристаллами льда. Чтобы радужное сияние появилось вокруг источника света, необходимо наличие этих миниатюрных кристаллов в низких слоях атмосферы или перистых облаках. Свет отражается от граней или основания ледяных столбиков: падая, они вращаются, дрожат или неподвижно парят. В зависимости от их положения преломление лучей происходит под разными углами. Иногда можно увидеть второй светящийся ореол и размещенные на нем ложные «Солнца» или «Луны». По законам физики, они всегда находятся на той же высоте над горизонтом, что и настоящая звезда или спутник Земли.
Лунное гало практически ничем не отличается от ореола, возникшего в дневное время вокруг Солнца. Природа их появления точно такая же.
История
В переводе с греческого «гало» означает «круг» или «диск». Этому необычному оптическому феномену всегда уделяли большое внимание. В древности появление в небе нескольких копий Солнца, ярких дуг или световых крестов вызывало неподдельный страх. Люди считали эффект гало предвестником разрушительных войн, голода, больших бед и неприятностей.
В июле 1794 года жители Петербурга стали свидетелями странного небесного представления. Известный астроном Т. Ловиц описал это явление как одновременное появление в небе двенадцати дуг и кругов, девять из которых были разноцветными.
Во время осаждения Магдебурга войсками короля Испании Карла V произошло настоящее чудо: над городом вдруг засияло сразу три Солнца. Приняв это как предупреждающий знак, испуганный правитель отказался от решающей атаки и снял осаду.
После поражения Наполеона французы увидели появление яркого пятна над Солнцем. По форме оно напоминало треугольную шляпу, которую носил император. Подданные связали поданный небесами знак с возвращением Наполеона из ссылки с острова Святой Елены.
Французский ученый К. Фламмарион подробно изучил хронику появлений гало и пришел к выводу, что данное явление напрямую связано с каким-либо важным событием.
О предзнаменованиях, связанных с появлением непонятных свечений, рассказали в своих произведениях Шекспир и Джек Лондон.
Доподлинно известно, что появление в небе яркого круга является предвестниками плохой погоды. Часто после такого явления на землю обрушиваются метели и бураны.
Причины появления
Форма и вид гало зависит от структуры и характера поведения ледяных кристалликов, которые образуются в верхних слоях атмосферы. Преломляясь, свет делится на спектры. В результате круг приобретает различные цвета, похожие на радужные, но в меньшем количестве. Для того, чтобы в зимний день появилось солнечное гало, необходимо наличие трех факторов: крепкого мороза, яркого Солнца и высокой влажности.
В сильный мороз кристаллы льда образуются близко от поверхности земли, создавая эффект «алмазной пыли», переливаясь и блестя на Солнце.
В Антарктиде гало можно наблюдать достаточно часто. На высоких склонах создаются идеальные условия для их формирования. Сильный ветер поднимает ввысь снежные облака: образующиеся кристаллы отражают свет и создают причудливые окружности разных расцветок.
Виды гало
Существует более 150 видов этого загадочного явления. Чаще всего люди наблюдают 22-градусное гало, которое находится на близком расстоянии от светила:
Редкостью являются дуги и окружности, расположенные под углом в 46 градусов относительно Солнца:
Разновидность гало, носящее название паргелий, похоже на радужный диск с кажущимися спутниками Солнца, который сложно не заметить на небосводе как днем, так и ночью:
Появляется этот оптический вид в результате медленного падения кристаллов льда, которые в этом случае похожи не на стерженьки, а на пластины. Практически невесомые пластинки под действием воздуха разлетаются в горизонтальном направлении, не имея возможности перевернуться. Преломление света от нестандартно расположенных частиц дает такой поразительный эффект. О паргелии слагали легенды, сравнивали его с НЛО и другими мистическими вещами, отражали в художественных произведениях.
Необычно смотрится и так называемый солнечный столб:
При наличии в небе перистых облаков иногда можно увидеть зенитную или «перевернутую» радугу:
Иногда светящаяся окружность располагается не вертикально, а горизонтально. Она носит название «субгало».
Метеорологические факторы во многом влияют на формы и виды гало. Некоторые из них бывают настолько неожиданными и причудливыми, что ставят человека в ступор, заставляя испытывать неизведанные до сего момента эмоции. Это объясняет веру людей в мистическую силу этого явления.
Чем солнечное гало отличается от радуги
Явление гало
Преломление света в небе
Формы и виды гало
Форма гало зависит от положения кристаллов друг относительно друга при падении в атмосфере, когда они испытывают атмосферное торможение и принимают такое положение, при котором создается наибольшее сопротивление воздуха. однако броуновское движение и атмосферные флуктуации препятствуют этому, в результате чего мелкие кристаллы располагаются в облаке хаотично, а крупные столбчатые кристаллы и пластинки больше подвержены воздействию атмосферного торможения из-за площади своей поверхности, поэтому они падают ориентированно.
Формы гало
Виды гало
| По форме и ориентации кристаллов | Произвольно ориентированные кристаллы, Горизонтально ориентированные столбчатые кристаллы, Горизонтальные призмы, Плоские пластинки, Хаотичные и ориентированные пирамидальные кристаллы |
| По цвету | Белые, Бесцветные, Радужные неполные (красный, оранжевый и белый цвет), Радужные полные (виден весь спектр цветов) |
| По удаленности от светила | Гало параллельных лучей (от солнца, луны и некоторых ярких небесных светил), Гало расходящихся лучей (гало от фонарей и прожекторов) |
| Па расположению | Близко к светилу (22° гало, эллиптические гало, паргелии и некоторые другие), На среднем расстоянии (46° гало и дуги Ловица, окологоризонтная дуга, 90° гало), Охватывающие все небо (паргелический круг и дуга Хастингса), В противоположной светилу части неба (120° паргелии, дуги Вегнера, противосолнце и другие), Отраженные (субсолнце, субпаргелии и другие) |
Где и когда можно увидеть гало
Чаще всего гало можно увидеть в Антарктиде на ее ледяном куполе и на склонах, расположенных на высоте 2700-3500 м над уровнем моря. Там их можно наблюдать в течение целого дня, при этом их форма и окраска может меняться. Постоянные сильные ветры поднимают в воздух облака неплотного снега, имеющие кристаллическую структуру. Нижняя граница таких снежных облаков опускается до самой земли, создавая идеальные условия для образования гало. При отсутствии снежных облаков и при ярком солнечном свете возникают многочисленные цветные и белые гало радиусом 22° и 46°, а также более редкие другие явления.
Насыщенный влагой воздух, имеет свойство кристаллизоваться при охлаждении. При переносе больших объемов влажных воздушных масс в верхних слоях атмосферы над континентом происходит конденсация влаги, кристаллизация и выпадение инея. В теплое время года кристаллики льда не достигают поверхности земли и растворяются в нижних слоях атмосферы, снова насыщая воздух влагой. Поэтому явление гало вероятнее проще наблюдать на континентальной части материков, нежели вблизи побережья.
Иногда в морозную погоду гало образуется вблизи земной поверхности, а кристаллы льда в воздухе сверкают словно драгоценные камни, усиливая сияние гало. Если солнце стоит низко над горизонтом, то нижнюю часть гало иногда можно наблюдать на фоне окружающего пейзажа.
Наши наблюдения гало на небе
Мы много раз видели это явление, однако не всякий раз при себе был фотоаппарат. Но особенно нам запомнились два случая: когда мы ехали по Дмитровскому шоссе в сторону Москвы, и эффектное солнечное явление сопровождало нас почти всю поездку. А еще одним солнечным днем в Пае в Северном Таиланде мы увидели очень красивый световой круг в ясном небе.
Читайте также: