Новый физический фейерверк

ОТВЕТ • Наиболее вероятно, что теневые полосы — результат перераспределения интенсивности света при турбулентном движении воздуха в атмосфере Земли: там, где имеет место фокусировка световых волн, появляются светлые полосы, а там, где волны взаимно гасят друг друга, образуются темные полосы. Такие полосы лучше всего заметны перед самым концом солнечного затмения, когда от солнечного диска остается только узкий серп. В это время мы видим свет только в очень небольшом угле зрения, и изменение направления движения света турбулентными воздушными потоками в верхних слоях атмосферы может привести к появлению видимых полос, параллельных солнечному серпу. При частном затмении, когда солнце видно лучше, полосы менее заметны, они более размыты. А если они и появляются, их трудно разглядеть из-за слабого контраста между яркими и темными полосами. Поскольку потоки воздуха быстро двигаются, светлые и темные полосы тоже меняются. Эти изменения создают иллюзию движения. Вероятно, более редкие и менее изученные теневые полосы на закате тоже связаны с фокусировкой и гашением световых волн турбулентностями атмосферы. Айвз наблюдал такие полосы, поскольку на закате, как и во время солнечного затмения, видимая часть солнечного диска сужается.

6.34 22-градусное гало и солнечные собаки

Иногда солнце окружает яркая радужная дуга красного цвета по внутреннему краю и голубая по внешнему. Угловой радиус такой дуги составляет 22°, поэтому ее называют 22-градусное гало. Измерить этот угол легко. Выпрямите руку и вытяните ее по направлению к солнцу ладонью вверх. Если смотреть вдоль этого направления, часть неба, которая видна между кончиками большого пальца и мизинца, занимает примерно 22°. Иногда с одной или с двух сторон от солнца можно увидеть яркие разноцветные пятна. Их называют солнечными собаками, или паргелием[67]. Почему возникают 22-градусное гало и солнечные собаки?

ОТВЕТ 22-градусное гало появляется из-за рефракции (преломления) солнечных лучей кристалликами льда высоко в атмосфере. Эти кристаллики представляют собой шестигранные столбики, похожие на короткие незаточенные карандаши, падающие широкой стороной вверх и при этом вращающиеся. Когда солнечный свет проходит через такой кристалл, он преломляется и продолжает путь в новом направлении, составляющем некоторый угол с первоначальным направлением луча. Интенсивность света, отклоненного на угол 22°, максимальна, и поэтому при таком угле свет самый яркий. Если на такие падающие кристаллики смотреть в любом направлении под углом 22° к солнцу, наблюдатель видит яркий свет и какую-то часть гало.

Гало может быть окрашено, поскольку изначально белый солнечный свет в результате рефракции на кристаллах разлагается на цвета. Красный свет преломляется чуть меньше, чем голубой, поэтому внутри гало окрашено в самый яркий красный цвет.

Солнечные собаки появляются тоже в результате преломления солнечных лучей на гексагональных кристаллах льда, но в этом случае кристаллы — это плоские пластинки, а не вытянутые призмы. Плоские кристаллы также падают осью вертикально, а плоскостью горизонтально и подрагивают. Они перенаправляют свет в направлении наблюдателя, только если располагаются вдоль почти горизонтальной линии, проходящей через солнце. Поэтому солнечные собаки и появляются слева и справа от солнца. Когда солнце низко, солнечные собаки располагаются примерно на расстоянии 22° от него. Когда солнце выше, солнечные собаки появляются чуть дальше от него. Поскольку при прохождении через кристаллы солнечный свет разделяется на цвета, солнечные собаки обычно окрашены и их красная часть находится ближе всего к солнцу.

Гало и солнечных собак можно видеть и летом, поскольку даже в жаркое время года кристаллики льда образуются в холодном воздухе высоких слоев атмосферы.

6.35. Множество гало, дуг и пятен на небе

Кроме 22-градусных гало и солнечных собак из предыдущей задачи, на небе можно увидеть большое количество разнообразных ярких гало, дуг и пятен. Некоторые из них показаны на рис. 6.12. Для появления каждого из гало, дуги или пятна требуется определенная высота солнца над горизонтом, поэтому одновременно все они наблюдаться не могут. Их форма тоже может меняться при изменении положения солнца. Некоторые из таких «цветных представлений» случаются настолько редко, что всего несколько человек смогли сфотографировать их.