Новый физический фейерверк

ОТВЕТ • На закате из-за рефракции (преломления) света при прохождении через атмосферу Земли солнечный диск может сдвинуться вверх. Более того, поскольку при увеличении высоты плотность атмосферы уменьшается, нижний край солнечного диска сдвинут вверх больше, чем его верхний край. Изменение величины сдвига уменьшает высоту солнечного диска, а его ширина по горизонтали не меняется. Поэтому диск кажется овалом, короткая ось которого направлена по вертикали. Зрительно это выглядит так, будто диаметр Солнца увеличился, что иногда и утверждается. Сдвиг может оказаться таким большим, что, когда солнечный диск касается линии горизонта, само солнце уже скрылось за изгибом земной поверхности.

Более сложное изменение формы солнечного диска — результат отражения солнца от поверхности спокойной воды или рефракции солнечных лучей, проходящих через атмосферные слои разной температуры. В простой модели тропосферы (нижнего слоя атмосферы Земли) при увеличении высоты температура воздуха уменьшается, но, если встречаются слои, где температура по каким-то причинам выше, из-за изменения коэффициента преломления солнечный диск кажется состоящим из разных слоев или отдельных кусков. Наличие таких слоев может вызвать оптический мираж: кажется, что снизу к обычному солнечному диску присоединено еще одно изображение солнца. В результате мы видим многосвязное изображение солнца, форма которого явно отличается от круга.

6.26. Красная луна при лунном затмении

Почему во время полного лунного затмения Луна, попав целиком в тень Земли, становится ярко-красной? Почему она не красная при частном лунном затмении, когда тень покрывает, скажем, 50% диска Луны?

ОТВЕТ • Во время полного лунного затмения Луна, казалось бы, вообще не должна быть освещена. Однако солнечный свет, проходя через атмосферу, преломляется в область тени и слабо освещает Луну. Благодаря рассеянию на молекулах воздуха при прохождении теряется синяя область видимого спектра, так что до Луны доходит главным образом свет красной области спектра (рис. 6.8). Какая-то часть этого света отражается от лунной поверхности в направлении наблюдателя, который видит красную луну.

Рис. 6.8 / Задача 6.26. Солнечные лучи теряют синюю составляющую при прохождении через атмосферу Земли.

Во время частного лунного затмения до наблюдателя доходит не только красный свет, отраженный от затененной поверхности Луны, но и гораздо более яркий белый свет, отраженный от остальной части ее поверхности. До тех пор пока Луна не войдет в тень по крайней мере на 70%, глаз не может различить слабый красный свет на фоне яркого белого света. Поэтому попавшая в тень часть Луны кажется просто темной. Сходным образом из-за слишком яркого белого света не удается разглядеть красный свет на начальной и заключительной фазах полного лунного затмения.

6.27. Коронная вспышка

Вслед за разрядом молнии в грозовой туче иногда можно заметить струящееся вверх яркое сияние, вырывающееся наружу из верхушки тучи. Такое сияние называют коронной вспышкой. Что это: необычный электрический разряд или своеобразное отражение вспышки молнии?

ОТВЕТ • Коронная вспышка — результат отражения света молнии от плоских гексагональных кристалликов льда. Обычно такие кристаллики-пластинки падают так, что их плоская сторона горизонтальна. Однако после разряда молнии пластинки начинают вибрировать, и некоторые из них на короткое время меняют ориентацию так, что отражают солнечный свет или вспышку молнии в направлении наблюдателя. Почему появляются эти вибрации, неизвестно. Они могут быть связаны или со звуковой волной, возникающей при разряде молнии (это гром, который вы слышите), или с изменением электрического поля заряженных частиц в туче.

6.28. Оазисный мираж

Жарким днем вдалеке можно увидеть водоем, но, добравшись до того места, где якобы находилась вода, убедиться, что там сухо. Вода кажется абсолютно реальной, голубой, покрытой мелкой рябью. Это классический оазисный мираж, который можно не только увидеть, но и сфотографировать.

Если смотреть на огни движущейся вдалеке по направлению к вам машины, мираж можно увидеть и ночью. Как раз под тем местом, где виден свет фар, можно также увидеть на дороге полоску света. Если полоска тусклая — это слабое отражение света фар от дороги. Однако если полоска яркая, это, вероятнее всего, мираж фар. Почему возникает такой мираж? Может ли птица, летящая над дорогой, увидеть под собой «дорожный» мираж? Иными словами, может ли птица обмануться и решить, что по дороге течет вода?