Эффект радуг от солнца

Круглая радуга Гало: о чем предупреждает редкое явление

Ежегодно люди замечают большое кольцо или круг света вокруг солнца. Выглядит это явление очень интересно и необычно. Это круглая радуга Гало. Однако издавна этому явлению приписывали особые значения.

Гало – это

Солнечное Гало вызвано преломлением, отражением и рассеиванием света через ледяные частицы, находящиеся в тонких высокогорных перистых облаках. Когда свет проходит через эти ледяные кристаллы в форме шестиугольника, он изгибается под углом 22 °, создавая круговой ореол вокруг Солнца. Эффект призмы света, проходящего через эти шестигранные кристаллы льда, также разделяет свет на его различные цветовые частоты, делая ореол похожим на очень бледную радугу, с красным внутри и синим цветом снаружи.

Время от времени вдоль этих ореолов образуются более яркие области, создавая фиктивное солнце. Выглядит очень необычно и интересно, да и кажется, что это самое настоящее солнце!

Также есть лунное Гало. Однако его заметить сложно. Поскольку лунный свет не очень яркий, лунные ореолы в основном бесцветны, но можно заметить оттенки красного внутри и синего снаружи гало. Однако эти цвета более заметны в ореолах вокруг солнца. К слову, небо, окружающее ореол, всегда темнее.

К чему появляется круглая радуга

Фольклор говорит, что солнечные Гало могут предсказать погоду. В целом, появление Гало всегда является симптомом плохой погоды.

Существует старая поговорка: кольцо вокруг солнца скоро означает дождь. В этом высказывании есть доля правды, потому что высокие перистые облака часто появляются перед дождем. Но даже если небо выглядит довольно чистым, то ореолы являются признаком высоких тонких перистых облаков, дрейфующих над головами людей на 20 000 футов и более.

Также это явление является признаком наступления сильных морозов и снега. Но, как было сказано выше, это не просто суеверия, они имеют научные доказательства.

Суеверия

Гало интересное явление, которое наблюдается на небе долгие годы. Когда-то Гало даже считали огненным ангельским мячом.

Также считается, что увидеть это редкое явление удается далеко не всем. И те, кто его увидят настоящие счастливчики, которым в скором времени очень сильно повезет. Возможно и правда, счастье ждет тех, кто увидел хотя бы раз в жизни это явление. Также в народе это явление часто связывали не только с погодой, но с счастьем и благополучием.

В основном никаких суеверий вокруг этого явления нет. Ведь оно всегда помогало предсказывать погоду и всегда было связано исключительно с погодой.

Источник

Гало в небе как природное явление – описание, формы и фото

Небо – удивительная штука, постоянно меняющаяся и разнообразная. Но часто ли мы обращаем свое внимание на небо? Обычно люди не замечают и не интересуются тем, что творится в небе. И лишь тогда, когда в нем происходят странные явления, внимание к нему повышается и начинают говорить о том, что небо подает людям знаки. Одним из таких необычных природных явлений считается гало – световые дуги или окружности вокруг солнца или луны. Но откуда они берутся и почему пропадают столь же внезапно, как и появляются? Давайте вместе разберемся в этом вопросе.

Явление гало

Итак, слово “гало” происходит от греческого слова “галос“, которое означает “круг”или “диск”. Наиболее близкое к гало природное явление, которое нам хорошо знакомо, – радуга, то есть преломление лучей небесного светила. Но в отличие от радуги, которую можно наблюдать лишь в дневное время, стоя спиной к солнцу, в насыщенном влагой воздухе, гало появляется на небе в любое время суток – вокруг солнца или луны (а бывает, что и около мощного источника искусственного света).

Природа явления гало на небе (5-10 км над землей, в верхних слоях тропосферы) – преломление и разложение в спектр лучей света (дисперсия) в мельчайших кристалликах льда, а также их отражение от боковых граней или оснований этих кристаллов, имеющих форму шестигранных столбиков или пластинок. Кристаллы могут быть разных размеров и иметь разную природу своего происхождения в атмосфере, но при этом подчиняться единым законам физики – постепенно падать, вращаясь с одинаковой для всех угловой скоростью, неподвижно парить или гармонично колебаться.

Дуги или окружности, образующие гало, возникают на некотором расстоянии от светила, равноудаленном от источника света. Иногда кроме окружности или ее отрезков (дуг) появляется и вторая, расположенная дальше первой, но всегда на одном и том же расстоянии от светила. На этих дугах и окружностях могут находиться яркие световые пятна – ложные солнца или ложные луны. Их бывает несколько, но все они всегда стоят на той же высоте над горизонтом, что и само светило, причем иногда даже напротив него, на другой стороне неба.

Преломление света в небе

Если опираться на статистику наблюдений явления гало в небе, то можно сделать вывод, что возникновение гало характерно для перисто-слоистых облаков, в которых солнечный свет сложным образом преломляется, отражается и рассеивается в мелких кристалликах – шестиугольных ледяных призмах, пирамидах, столбцах или пластинках. Благодаря оптическим свойствам этих кристалликов, отличающихся более правильной структурой, чем капельки воды, гало выглядит гораздо живописнее, чем ореолы и венцы. Нередко перисто-слоистые облака предвещают приближение атмосферного фронта, поэтому по появлению гало можно предсказывать ухудшение погоды.

При прохождении лучей солнца через перисто-слоистые облака, которые состоят из ледниковых кристаллов, на небе могут появиться световые косые кресты, дуги, дополнительные (ложные) солнца, светящиеся столбы от линии горизонта к светилу и другие картинки, напоминающие те или иные предметы. Такие явления в русских летописях называли “галосами”, а теперь именуют солнечными гало.

Ранее у людей появление гало на небе вызывало страх и панику – они казались кровавыми мечами и интерпретировались как предвестники большой беды – начала войны, голода, эпидемии и т.д

С другой стороны, перемена в погоде, накануне которых часто возникают гало в небе, – тоже вещь неприятная, особенно когда речь идет о стихийных бедствиях.

Формы и виды гало

Форма гало зависит от положения кристаллов друг относительно друга при падении в атмосфере, когда они испытывают атмосферное торможение и принимают такое положение, при котором создается наибольшее сопротивление воздуха. однако броуновское движение и атмосферные флуктуации препятствуют этому, в результате чего мелкие кристаллы располагаются в облаке хаотично, а крупные столбчатые кристаллы и пластинки больше подвержены воздействию атмосферного торможения из-за площади своей поверхности, поэтому они падают ориентированно.

Формы гало

• Гало можно видеть чаще всего в виде окрашенного всеми цветами радуги круга вокруг солнца угловым радиусом 22°.
• Немного реже встречается гало в виде концентрических кругов с ним второй круг угловым радиусом 22° и 46°.
• И совсем редко встречается гало Гевелия – круг 90°.
• Иногда можно наблюдать белый горизонтальный круг (паргелический круг), параллельный плоскости горизонта и проходящий через солнце. На пересечении этого круга с кругами гало 22° и 46° появляются яркие радужные пятна – ложные солнца (паргелии), а также ложные луны (парселины).
• Бывает и так, что видны только нижние половинки гало, а также эллиптические гало. Среди таких необычных форм встречаются радуги, выгнутые в обратную сторону. Скорее всего это нижние части кругов гало 46° или 90°.

Виды гало

Где и когда можно увидеть гало

Чаще всего гало можно увидеть в Антарктиде на ее ледяном куполе и на склонах, расположенных на высоте 2700-3500 м над уровнем моря. Там их можно наблюдать в течение целого дня, при этом их форма и окраска может меняться. Постоянные сильные ветры поднимают в воздух облака неплотного снега, имеющие кристаллическую структуру. Нижняя граница таких снежных облаков опускается до самой земли, создавая идеальные условия для образования гало. При отсутствии снежных облаков и при ярком солнечном свете возникают многочисленные цветные и белые гало радиусом 22° и 46°, а также более редкие другие явления.

Насыщенный влагой воздух, имеет свойство кристаллизоваться при охлаждении. При переносе больших объемов влажных воздушных масс в верхних слоях атмосферы над континентом происходит конденсация влаги, кристаллизация и выпадение инея. В теплое время года кристаллики льда не достигают поверхности земли и растворяются в нижних слоях атмосферы, снова насыщая воздух влагой. Поэтому явление гало вероятнее проще наблюдать на континентальной части материков, нежели вблизи побережья.

Иногда в морозную погоду гало образуется вблизи земной поверхности, а кристаллы льда в воздухе сверкают словно драгоценные камни, усиливая сияние гало. Если солнце стоит низко над горизонтом, то нижнюю часть гало иногда можно наблюдать на фоне окружающего пейзажа.

Наши наблюдения гало на небе

Мы много раз видели это явление, однако не всякий раз при себе был фотоаппарат. Но особенно нам запомнились два случая: когда мы ехали по Дмитровскому шоссе в сторону Москвы, и эффектное солнечное явление сопровождало нас почти всю поездку. А еще одним солнечным днем в Пае в Северном Таиланде мы увидели очень красивый световой круг в ясном небе.

Источник

Занимательная физика на пальцах: гало

Давненько я ничего не писал в мою (и, надеюсь, не только мою) самую любимую рубрику! А зря. Ключевая причина — честно говоря, не знаю, какие темы вам будут наиболее интересны, так что — предлагайте в комментариях.

Сегодня меня вдохновило наблюдавшееся в небе над Одессой природное явление под названием гало — не то чтобы редкое, но довольно яркое и небезынтересное с физической точки зрения. Итак, поехали.

Гало — общее название для целого ряда «родственных» световых эффектов, возникающих вокруг Солнца при прохождении солнечного света через тонкие облака. Чаще всего гало выглядит как световое кольцо вокруг солнца — иногда бесцветное, иногда — с эффектом радуги.

Реже дополнительно возникает второе кольцо — примерно вдвое больше первого, но несколько более тусклое.

Ту же природу имеет так называемые паргелии — «ложные солнца», яркие световые пятна по бокам от светила, которые иногда возникают на закате или восходе Солнца.

Иногда круговые гало сопровождаются дугами.

А одним из самых ярких видов гало является так называемая огненная радуга, она же — зенитная дуга.

Все эти весьма непохожие друг на друга на первый взгляд явления имеют общую природу: это преломление лучей Солнца в микроскопических кристалликах льда в перистых облаках на высоте в 5-6 километров от земной поверхности.

Эти кристаллы почти всегда имеют одну и ту же форму — шестиугольной призмы.

Точнее, вообще-то нет. Всего-то физикам известно 17 (!) форм кристаллов льда, образующихся в различных условиях. Однако на Земле большинство из них не встречаются. Разве что в Антарктиде находят немного льда с кристаллами ромбической сингонии, а в верхних слоях атмосферы — кубической. Но мы отвлеклись, да и кристаллография всегда была одним из самых ненавистных моих предметов)))

Итак, в большинстве своём в земной атмосфере мы имеем дело с кристалликами льда в виде шестиугольных призм. Высота их может быть различной — от тоненьких пластинок, высота которых много меньше размера шестигранника, до толстеньких столбиков. Известные нам снежинки как раз и являются сочетанием столбиков и пластинок.

Гало возникает в случае, если солнечный свет на своём пути проходит через состоящее из таких призмочек ледяное облако. Давайте же проанализируем, как может преломлять свет такая ледяная призма.

Для начала рассмотрим случай, когда свет падает на кристалл параллельно его шестиугольной грани.

При этом в остальном кристаллы расположены достаточно хаотично, то есть, угол их падения на грань призмы может быть самым разным. Однако если мы рассмотрим все варианты углов падения и посчитаем (по законам линейной оптики) углы выходящих из призмы преломлённых лучей, то поймём, что угол между начальным и конечным распространением луча не может быть меньше 22 градусов. Это определяется формой кристалла и тем, что коэффициент преломления света для льда составляет в среднем 1,31 (почему в среднем — скажем чуть ниже).

Таким образом, преломившийся в ледяной микропризме луч отклонится от своего изначального направления КАК МИНИМУМ на 22 градуса.

Если мы представим себе глаз наблюдателя, смотрящего на солнце через слой ледяных призм, и учтём, что так как Солнце находится от нас ОЧЕНЬ далеко, то идущие от него лучи можно считать параллельными, то станет понятно, что, помимо прямого солнечного света, ему в глаз будет также попадать преломлённый свет, причём начиная именно с угла в 22 градуса. С больших углов преломлённый свет также будет приходить, но по мере увеличения угла он будет становиться менее ярким.

Наш глаз (а точнее, наш мозг) будет воспринимать это так, как будто в том направлении есть ещё один источник света. Именно так возникают паргелии — ложные солнца по бокам от настоящего. А точнее — на угловом расстоянии в 22 градуса от него в обе стороны. Точнее, на 22 градусах наблюдается максимум яркости паргелия, а по мере удаления от центра эффекта они как бы смазываются — это доходят до нас лучи, преломившиеся на большие углы.

Почему паргелии наблюдаются на восходе и на закате? Да потому, что в этой ситуации солнечный свет проходит через наиболее низко расположенные облака, в которых льдинки в ходе своего падения успели принять наиболее выгодную ориентацию — как раз такую, о какой мы говорили: вертикально расположенных столбиков. Им, грубо говоря, выгоднее всего так падать, чтобы минимизировать сопротивление воздуха.

По той же причине паргелии — более редкое явление, чем простые гало: просто внизу далеко не всегда бывает достаточно холодно (десятки градусов мороза), тогда как на высоте в 5-10 километров 50 градусов ниже нуля — нормальное дело.

В более высоких облаках сколь угодно правильная ориентация льдинок — явление редкое. Там призмочки обычно ориентированы хаотично, так что вместо двух чётко выраженных паргелиев на одной высоте с солнцем мы будем видеть множество паргелиев под всеми углами по кругу вокруг источника света. Получается световое кольцо — то самое гало, а точнее — малое, или 22-градусное гало, самое распространённое из всех, так как условия для его наблюдения возникают чаще всего.

Откуда же берётся большое гало? Оно получается в результате прохождения луча через льдинки, расположенные перпендикулярно предыдущему случаю: то есть, свет преломляется не через шестиугольное, а через квадратное сечение призмы. Минимальный угол между падающим и отражённым лучом в этом случае оказывается равным 46 градусам — то есть, как раз-таки вдвое больше, чем при преломлении через шестигранник.

Проблема в том, что льдинки далеко не всегда имеют правильную форму шестигранного основания (обычно к концам «столбика» они или утончаются, или, наоборот). Поэтому правильного угла в 90 градусов может и не быть, и второе гало не образуется.

Теперь насчёт касательных дуг. Они возникают из-за преломления света в кристалликах, которые также имеют общую ориентацию «длинной» оси, но не вертикальную, как в случае с паргелиями, на горизонтальную — лежат на боку. Если в облаке присутствует достаточное количество таких «лежачих» кристаллов (что, вообще говоря, бывает нечасто), то дуги наблюдаются. Если нет, и «длинные» оси ориентированы в пространстве хаотично, то мы видим лишь круговое гало.

А откуда берётся эффект радуги? Дело в дисперсии — свойстве, при котором вещество по-разному преломляет свет разного цвета (с различной длинной волны).

Когда выше мы писали о среднем коэффициенте преломления света льдом, мы имели в виду именно это. «Cредний» коэффициент преломления света льдом, как мы уже говорили, составляет 1,31, и «средний» угол гало составляет 22 градуса. Однако для красного света показатель преломления меньше (1,307), а значит, меньше и минимальный угол (21,34 градуса). Для фиолетового света это буде 1,317 и 22,22 градуса, соответственно. Именно поэтому ближняя к источнику света (солнцу) часть гало более богата красными лучами и имеет красноватый оттенок.

Эффект радуги должен наблюдаться тем сильнее, чем больше сами призмы-льдинки. Но про этом они должны сохранять правильную форму и не иметь внутренних дефектов, а это редкость. Поэтому гало часто либо вообще бесцветны, либо имеют слабую «радужность» в красной части спектра, которая постепенно сходит на нет.

А как насчёт «огненной радуги»? По большому счёту, это тоже гало, но очень необычное: оно образуется в случае, когда световой луч падает на верхнюю или нижнюю часть кристалла, а выходит через одну из боковых граней

Для того, чтобы это произошло, должны соблюдаться одновременно несколько условий. Во-первых, кристаллики льда должны быть плоскими (ширина шестиугольного основания должна быть больше высоты призмы). Во-вторых, они должны быть ориентированы преимущественно горизонтально. В-третьих, солнце должно находиться достаточно высоко в небе (не ниже 58 градусов над горизонтом). К примеру, севернее 55 градусов северной широты (а это, например, Москва) или южнее 55 градусов южной широты его уже не понаблюдаешь: Солнце здесь так высоко вообще не поднимается. Лучше всего наблюдать такое явление в горах — и дело того стоит: из-за того, что лучам приходится проходить достаточно большой путь внутри льдинки, дисперсия весьма сильно разделяет белый луч на цветные составляющие, и облака начинают действительно полыхать всеми цветами спектра. К слову, огненная радуга не всегда имеет форму дуги — она, в общим и целом, повторяет ту форму, которую имеет вызвавшее её облако.

В тех редких случаях, когда формирующие гало облака состоят из редко, но всё же встречающихся кристаллов льда другой формы, возможны гало другой геометрии (дуги Мойлайнена, кривые Вегенера, пирамидальные гало и так далее: правда, большинство из них встречается так редко, что последовательной теории явлений не существует). А если облако представляет собой смесь из кристаллов разной формы, то гало может принимать и вовсе причудливые формы — вроде того поистине удивительного зрелища, которое посчастливилось наблюдать жителям Санкт-Петербурга 18 июля 1794 года. Сфотографировать его по понятным причинам не смогли, но зарисовать успели, благо, чудо это висело в воздухе целых пять часов. Думаю, доставило тогдашнему не слишком просвещённому в линейной оптике обывателю чрезвычайно)))

Но и в наши дни случаются картинки очень ничего:

Таким образом, гало является близким родственником радуги, только та формируется не на льдинках, а в каплях воды, и не на преломлённых, а на внутренне отражённых лучах — именно поэтому радугу видео в противоположной от солнца части неба. Чуть в более дальнем родстве гало состоят с так называемыми венцами, с которыми их части путают: физическая разница состоит в том, что венцы образуются из-за дифракции света — явления уже волновой, а не линейной оптики.

Если тем необычных оптических явлений в атмосфере показалась вам интересной, и вы хотите ещё почитать на эту тему — пишите в комментариях.

Источник