Новый физический фейерверк

Противосияние — слабый свет, который некоторые люди могут разглядеть на небе вблизи точки солнечного противостояния (точки, расположенной строго напротив солнца). Этот свет настолько слабый, что заметить его можно, только если очень темно и глаза адаптировались к почти полной темноте. Но, возможно, и тогда увидеть его можно будет только боковым зрением, не глядя на него прямо, а поводя глазами по небу из стороны в сторону. В Северном полушарии наблюдать противосияние, вероятно, лучше всего в октябре, когда звезды не такие яркие.

Бывает, что в ночном небе можно увидеть большие движущиеся светящиеся области, никак не связанные с зарей. Почему же появляются эти ночные огни?

ОТВЕТ • Зодиакальный свет и противосияние — результат рассеяния света на межпланетной пыли, источником которой, по всей видимости, являются кометы. Свет наиболее яркий при рассеянии вперед, менее яркий при рассеянии назад, а при других углах яркость света еще меньше. Пыль, ответственная за появление зодиакального света, находится внутри орбиты Земли. Рассеянный межпланетной пылью свет можно видеть, когда он все еще попадает в поле вашего зрения сразу после заката или до рассвета. В обоих случаях вы в основном видите свет, рассеянный вперед.

В середине ночи вам, может быть, удастся увидеть солнечный свет, рассеянный назад частицами пыли вне орбиты Земли. Это и есть противосияние. Считается, что движущиеся светящиеся узоры — это свечение атмосферы, вероятно, связанное с проходящими через эти области неба волнами плотности, давления и температуры. При этом происходит возбуждение гидроксильных радикалов OH и их свечение.

6.150. Отражения на линии морского горизонта

Стоя на берегу моря при сравнительно сильном волнении, обратите внимание на отражения от поверхности моря непосредственно под линией горизонта. Если бы море было спокойным, оно отражало бы небо как большое горизонтальное зеркало. Однако поскольку поверхности волн наклонные, они отражают разные участки неба. Относительно горизонтали угол наклона участка неба, отраженного каждой из волн, равен удвоенному наклону поверхности волны.

Довольно странно, но отражения, которые видны вблизи горизонта, обычно соответствуют участку неба, находящемуся под углом 30° над горизонтом. Это означает, что в среднем наклон поверхности волн составляет около 15°. Однако измерения показывают, что часто волны бывают круче. Почему же обычно отражается именно этот участок неба?

ОТВЕТ • Рассмотрим волны на поверхности моря очень близко к горизонту. Небольшие, не слишком крутые волны отражают участок неба вблизи горизонта. И хотя таких волн огромное количество, их вклад в отражение, которое видит наблюдатель, мал, поскольку каждая из этих волн имеет небольшую площадь поверхности (они напоминают маленькие зеркала). Средние волны с промежуточным наклоном поверхности отражают более высокие участки неба. Хотя таких волн меньше, чем небольших волн, их вклад в отражение, которое видит наблюдатель, больше, поскольку площадь поверхности каждой из таких волн больше. Совсем больших волн так мало, что, хотя площадь отражающей поверхности у них большая, они практически не влияют на отражение, которое мы видим. Окончательный результат таков: максимальный вклад в отражение, которое видит наблюдатель, дают волны с промежуточным наклоном поверхности, равным 15°, а значит, отражается участок неба, расположенный под углом 30° над горизонтом.

6.151. Как использовать сплошной металлический шар для фокусировки света

В 1818 году Огюстен Жан Френель представил на рассмотрение Французской академии свою волновую теорию света. Симеон Дени Пуассон, резко выступивший против этой теории, попытался доказать ее несостоятельность с помощью следующего мысленного эксперимента. Предположим, что на непрозрачный предмет с круговым поперечным сечением (таким как монета или шар) падает луч света. Согласно теории Френеля, в центре области тени на экране позади этого предмета должно появиться яркое пятно.

Несмотря на абсурдность подобного предположения, другой член академии Доминик Франсуа Жан Араго решил поставить эксперимент. Ко всеобщему удивлению, яркое пятно в центре тени он обнаружил. По странной прихоти истории это пятно называют пятном Пуассона (реже Араго — Пуассона), хотя ни Араго, ни Пуассон в его существование не верили.

Со времен этого открытия некоторые ученые использовали непрозрачные предметы, такие как маленькие шарики из подшипников, в качестве линз для создания изображений. Так же как с помощью фотоаппарата, они позволяют получить изображение на фотопленке. Как образуется пятно Араго — Пуассона и как непрозрачный шарик способен фокусировать свет для создания изображения?