Новый физический фейерверк

Иногда над ледяными полями Крайнего Севера на нижней границе нависающих облаков или тумана можно увидеть карту окружающей местности. Такие карты называют ледяными отблесками, или облачными картами. Они отображают ледяное поле на расстоянии до 30 км и помогают проложить маршрут между льдинами человеку, плывущему на каяке или едущему на санях по ледяной равнине. Как можно объяснить появление ледяных отблесков? Можно ли их увидеть при других условиях?

ОТВЕТ • На нижнюю границу облаков лед отражает больше солнечного света, чем открытая вода, например, при падении света под углом 60° вода отражает около 6%, а снег — около 90%. Таким образом, по-разному освещенные снизу облака напоминают карту ледяного поля: темные места соответствуют открытой воде, а яркие — это участки, покрытые льдом. Сходные карты могут появляться и при сильном тумане.

6.21. Пошел снег — и посветлело

Многие замечали, что зимой во время тумана видимость заметно улучшается, когда начинает идти снег. И когда тумана нет, но небо затянуто тучами, сразу становится светлее, если пошел снег. Почему снег меняет видимость и освещенность?

ОТВЕТ • Когда во время тумана идет снег, падающие снежинки уносят с собой какую-то часть скопившихся в воздухе капелек воды. Кроме того, они отрывают от капелек тумана молекулы воды, поэтому размер оставшихся во взвешенном состоянии капелек уменьшается. Оба этих фактора приводят к уменьшению плотности тумана и улучшают видимость. Когда тумана нет, неожиданный снегопад улучшает освещенность, поскольку свет, отраженный от свежевыпавшего снега, ярче (коэффициент отражения от свежевыпавшего снега больше, чем от лежалого).

В пасмурный день снег на горизонте ярче, чем прилегающие к горизонту участки неба, по трем причинам. Во-первых, капельки воды в тучах рассеивают солнечный свет главным образом в направлении вперед, поэтому глаз наблюдателя воспринимает больше света от неба над головой, чем от неба вблизи горизонта. Следовательно, небо вблизи горизонта выглядит темнее. Во-вторых, снег интенсивно рассеивает свет во всех направлениях, поэтому глаз воспринимает свет, исходящий от снега вблизи горизонта. Это означает, что снег кажется ярким. В-третьих, когда человек видит границу, разделяющую области разной яркости, его мозг усиливает это различие, делая границу резче.

6.22. Где кончается луч прожектора

Во время Второй мировой войны прожекторы использовались для обнаружения самолетов противника. В наши дни их применяют в рекламе для привлечения покупателей. Почему луч прожектора резко обрывается, а не ослабевает или не уходит «в бесконечность»?

ОТВЕТ • С увеличением расстояния от лампы прожектора яркость луча уменьшается и поскольку он расходится, и благодаря тому, что молекулы воздуха и взвешенные в воздухе частицы рассеивают свет. Действительно, если бы на пути луча не было ничего, что рассеивает свет в направлении наблюдателя, он бы его не увидел. При рассеянии интенсивность пучка быстро уменьшается, поэтому видимый луч резко обрывается.

6.23. Короткая история. Ньюгрейндж: луч света в день зимнего солнцестояния

Курган Ньюгрейндж — мегалитическое культовое сооружение, построенное во времена неолита примерно в 3150 году до нашей эры, то есть 5000 лет назад. Он расположен на территории современной Ирландии и представляет собой насыпь, окруженную в основании кольцом из огромных каменных глыб. Единственный его вход обращен на юг. Через него по галерее длиной около 20 м можно попасть в центр кургана. На валуне, прикрывающем вход в гробницу, имеется небольшое отверстие. Предназначение этого отверстия оставалось загадкой, ключ к которой был потерян много веков назад. Но в 1969 году ученые увидели, как на рассвете во время зимнего солнцестояния узкий прямой солнечный луч проник в это отверстие и, протянувшись через галерею, осветил погребальную камеру в центре кургана. Луч прошел так не по счастливой случайности. Гробницу Ньюгрейнджа спланировали и построили инженеры эпохи неолита на основании астрономических данных и точных расчетов.

Сходное оптическое явление можно наблюдать и в Массачусетском технологическом институте. В определенные дни на закате через главный вход (со стороны Массачусетс-авеню, 77) солнце посылает свет вдоль основного коридора[66] длиной 251 м. И хотя официально в конце его никаких гробниц нет, в этом коридоре или рядом с ним некоторые студенты встретили свою академическую смерть.

6.24. Зеленое свечение