Новый физический фейерверк

Рис. 6.12 / Задача 6.35. Некоторые возможные яркие фигуры на небе. a) 22-градусное гало; б) солнечные собаки вблизи 22-градусного гало; в) 46-градусное гало; г) околозенитная дуга; д) паргелический круг; е) солнечные собаки вблизи 46-градусного гало; ж) дуга Перри; з) опоясывающие касательные дуги 46-градусного гало; и) прикасающаяся дуга 22-градусного гало; к) дуга Ловица; л) нижние касательные дуги 46-градусного гало; м) парантелии, или ложные солнца; н) дуги на парантелии; о) малоугловые наклонные дуги антигелия; п) антигелий; р) широкоугольные наклонные дуги антигелия.

Еще на небе бывают видны так называемые световые столбы, отходящие вверх или вниз от солнца или луны. Возможно, вы видели подобные устремленные в ночное небо столбы вблизи рядов фонарей вдоль улиц или на парковке.

Во время полета можно попытаться найти субсолнце — яркое пятно, лежащее ниже того места, где видно солнце, и словно привязанное к самолету.

С чем связано такое разнообразие подобных явлений?

ОТВЕТ • Все эти оптические явления обусловлены падающими кристалликами льда, которые перенаправляют в сторону наблюдателя падающий на них солнечный свет. Некоторые гало появляются тогда, когда кристаллики имеют форму коротких карандашей (призм), а другие — если кристаллики льда имеют форму пластинок (см. ответ на предыдущую задачу). Иногда, как в случае появлении дуги Ловица, гало есть результат преломления света плоскими кристалликами, вращающимися при падении.

Условием появления световых столбов, тянущихся вверх или вниз от солнца или луны, могут быть как призматические кристаллики — карандаши, так и кристаллики в форме пластинок, но в последнем случае солнце или луна должны висеть низко над горизонтом. Тогда свет отражается в направлении наблюдателя от плоской стороны падающих почти горизонтально пластинок. Небольшие флуктуации ориентации кристалликов размывают область, от которой до наблюдателя доходит свет, приводя к образованию столбов. Когда солнце или луна высоко, световые столбы образуются при отражении света от боковых граней кристалликов — карандашей, падающих горизонтально (их длинная ось направлена по горизонтали). Для каждой точки боковой поверхности столба есть кристаллики, повернутые таким образом, что отраженный от них свет распространяется в направлении наблюдателя. Совокупность всех этих отражений и формирует световой столб.

Субсолнце — один из вариантов световых столбов, но его можно увидеть, когда наблюдатель смотрит на кристаллики-пластинки сверху. Если такие пластинки ориентированы почти горизонтально, появляется изображение солнца, напоминающее зеркальное.

6.36. Тень горы

Если под вечер, когда солнце низко, подняться на гору и с вершины посмотреть на ее тень, видно, что тень имеет форму треугольника, вершина которого находится где-то далеко от вас (рис. 6.13). Почему все горы отбрасывают почти треугольную тень, независимо от того, какую форму имеет сама гора и как выглядят ее склоны? Почему, если смотреть на тень горы, стоя значительно ниже ее вершины, видно, что она оканчивается хорошо заметным острым выступом, отклоняющимся либо вправо, либо влево?

Рис. 6.13 / Задача 6.36. Тень горы на аэрозоле, которую видит наблюдатель, стоящий выше, вблизи вершины.

ОТВЕТ • Тень, которую вы видите, стоя на вершине горы, формируется как на земле, так и в слое воздуха со взвешенными частицами (аэрозоле) ниже вас. Большая часть тени так далеко, что детали формы боковой поверхности горы слишком малы и разглядеть их невозможно. Треугольная форма тени определяется законами перспективы: кажется, что боковые стороны тени, начинающиеся слева и справа от наблюдателя, сходятся в какой-то далекой точке на земле и внутри слоя аэрозоля. Расстояние между сторонами тени уменьшается так же, как между уходящими вдаль прямыми рельсами: если смотреть вдоль рельсов, создается впечатление, что на горизонте они сходятся. Сама тень напоминает вашу тень на лужайке при низком солнце: тень от ног — нормального размера, а тень от головы несколько сужена.