Радуга при заходе солнца

Как увидеть радугу?

Чтобы увидеть радугу, надо после дождя встать спиной к солнцу, т.к. центр её дуги находится на продолжении прямой, идущей от солнца к наблюдателю (рис. 4). Угловой размер радуги составляет около 42°, поэтому, когда высота солнца над горизонтом больше 42°, радуга не видна. Когда солнце находится над линией горизонта, большая часть радуги (см. стрелку внизу на рис. 4) и её центр скрыты от наблюдателя, и только на закате мы можем видеть всё полукружье. С вершины горы, под водопадом или из кабины летящего самолёта удаётся увидеть больше половины радуги, а иногда и весь её круг.

Рис. 4. Схема образования радуги

Как образуется радуга?

Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Он объясняет, что радуга появляется в результате отражения света от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления – при входе в каплю и выходе из неё. Теоретическое объяснение радуги впервые дал знаменитый французский философ, математик, физик и физиолог Рене Декарт в 1637 г. Он считал, что причиной радуги являются маленькие капли (диаметром менее 1 мм) только что прошедшего дождя, удерживаемые тёплыми восходящими потоками воздуха. Лучи солнца претерпевают в каплях два преломления и одно отражение и возвращаются обратно к наблюдателю под определённым углом. Проследим путь десяти параллельных лучей одного, скажем, красного, цвета, падающих на сферическую каплю воды (рис. 5), полагая, что показатель преломления на границе вода–воздух n = 1,32 (Декарт построил картину для 10 000 лучей!). Оказывается, что небольшая группа лучей (они выделены сплошными линиями) выходит из капли компактным пучком, образуя угол около 42° с направлением падающих солнечных лучей, а все остальные (обозначенные пунктирными линиями) расходятся широким веером, рассеиваются. В честь первооткрывателя этот компактный пучок называют лучом Декарта. Таким образом, стоя спиной к солнцу, наблюдатель под углом 42° к солнечным лучам увидит многократно усиленный луч красного цвета – красную полосу радуги. Существуют компьютерные программы, которые позволяют рассчитать угол Декарта для каждой длины волны [1]. Каждый может попробовать рассчитать его сам. Итак, только благодаря сферической форме капли параллельный пучок монохроматического света преобразуется в хорошо выраженную окружность.

Рис. 5. Схема образования красного луча Декарта

Почему в радуге нижний цвет – синий, а верхний – красный?

Прохождение солнечных лучей через каплю сопровождается дисперсией – капли «работают» как миниатюрные призмы, разлагая свет на цвета спектра, от красного до фиолетового. На рис. 6 показан ход красного (n = 1,32, верхняя капля) и синего (n = 1,34, нижняя капля) лучей Декарта. Видно, что синий луч Декарта возвращается под углом 40,6°, а это значит, что синяя полоса в радуге будет находиться ниже, чем красная. Следует подчеркнуть, что разные цвета радуги мы получаем от разных капель. Красную полосу – от тех, что висят выше, а синюю – от капель, висящих ниже (так что мы и нарисовали две капли – из верхней в глаз наблюдателя попадёт красный луч, а из нижней – синий). Очевидно, что все промежуточные цвета радуги (оранжевый, жёлтый и зелёный) будут находиться между синей и красной полосами радуги в соответствии с их показателями преломления.

Рис. 6. Схема образования красного (под углом 42°) и синего (под углом 40,6°) лучей Декарта

Почему небо внутри радуги всегда ярче, чем снаружи?

Каждый заметил, что радуга внутри гораздо ярче, чем снаружи. Это легко объяснить, если опять взглянуть на рис. 5 и обратить внимание на то, куда уходит большинство солнечных лучей, падающих на каплю. Видно, что все они рассеиваются по направлению к наблюдателю под углами, меньшими, чем луч Декарта. Это значит, что лучи, не вошедшие в луч Декарта, освещают небо под углами обзора, меньшими 42°, т.е. область внутри радуги.

Почему иногда снаружи обычной радуги мы видим вторую, менее яркую, в которой порядок цветов обратный?

На рис. 7 стрелка указывает на тёмное пространство между двумя радугами – угловое расстояние составляет около 9°. Причина второй радуги, как и первой, заключается в преломлении и отражении света в капельках воды. Однако перед тем, как превратиться во «вторую радугу», лучи солнечного света успевают два раза, а не один, отразиться от внутренней поверхности каждой капельки (рис. 8). Капельки, дающее начало «второй радуге», находятся выше тех, что служат источником «первой». В отличие от основной радуги, где капелька концентрирует пучок лучей (луч Декарта), падающих на её верхнюю поверхность, вторая радуга образуется из-за концентрации лучей, падающих на нижнюю поверхность капельки да ещё после двух преломлений и двух внутренних отражений. Свет, падающий на другие части этих капель, либо просто проходит через них, либо, преломляясь и отражаясь, остаётся для наблюдателя незаметным. Обратите внимание на то, что последовательность цветов во «второй радуге» обратна той, которая видна в «основной». Яркость «второй радуги» меньше первой из-за того, что оба внутренних отражения не являются полными и часть света выходит из капли.

Рис. 7. Схема образования второй, внешней радуги с обращённым порядком расположения цветных дуг

Рис. 8. Схема образования красного (под углом 51°) и синего (под углом 53°) лучей Декарта, после двукратного полного внутреннего отражения

Почему радуга так быстро исчезает?

Если бы капли всё время висели в воздухе, то можно было бы наблюдать радугу в течение всего времени, пока солнце опускается с высоты 42° над линией горизонта до заката и такой же промежуток времени после восхода. Ну а там, где солнце не поднимается выше 42°, радугой можно было бы наслаждаться целый день. Почему же этого не происходит? Да потому, что капли испаряются или, слившись друг с другом, падают на землю. На самом деле радуга исчезает задолго до того, как все капли превратятся в пар. Вспомните, все построения Декарта (и наши) были сделаны в рамках геометрической оптики. Как вы знаете, геометрическая оптика справедлива, когда размеры объектов (в нашем случае – капель) гораздо больше длины волны (около 1 мкм). Поэтому, когда диаметр капель становится меньше 10 мкм, теория Декарта перестаёт работать, радуга становится слабой и бесцветной, а при дальнейшем уменьшении капли и вовсе исчезает.

Можно ли увидеть радугу ночью?

Да, можно, но она будет не такой яркой, как солнечная, т.к. интенсивность света даже от полной Луны гораздо меньше, чем от Солнца, а при малой освещённости работают только чёрно-белые рецепторы нашей сетчатки (палочки), цветовые же рецепторы (колбочки) отдыхают. Вспомните поговорку «В темноте все кошки серы».

Для стоящих рядом людей радуги одинаковые?

Нет, никогда. Радуга, так же как и солнечные, и лунные дорожки, принадлежит к «призракам, идущим за тобой». Вы отходите – радуга перемещается за вами на другой слой капель. Поэтому два стоящих рядом человека, даже левый и правый глаза одного и того же наблюдателя, получают радугу от различных капель. А т.к. диаметр и плотность капель может очень сильно меняться от места к месту, то и впечатления от радуги у стоящих рядом людей могут быть разными.

1. Трифонов Е.Д. Ещё раз о радуге. – Соросовский образовательный журнал, 2000, т. 6, № 7.

2. Гегузин Я.Е. Кто творит радугу? – Квант, 1988, № 6.

Источник

Радуга вокруг солнца – приметы

Увидев радугу, большинство из нас улыбается и вспоминает детство, когда это природное явление было увидено в первый раз. Существует множество примет, связанных с радугой, но разноцветная дуга, замыкающаяся вокруг солнца, выглядит особенно необыкновенно и мистически. В науке это явление называют гало.

Что за явление радуга вокруг солнца?

Различают множество типов гало, но все их вызывают ледяные кристаллы в перистых облаках. Именно от их формы и расположения и зависит вид гало. Свет, который отражают и преломляют ледяные кристаллы, нередко разлагается в спектр, что обуславливает схожесть гало с радугой. Гало, образующееся вокруг луны, не имеет цвета, потому как в сумерках его просто невозможно различить. Данное явление фиксируется в любую погоду, причем в мороз кристаллы располагаются очень близко к поверхности земли и напоминают сияющие драгоценные камни, так называемую алмазную пыль.

Нижнюю часть гало можно видеть на фоне окружающего пейзажа, если главное светило располагается низко над горизонтом. Однако, гало – это не то же самое, что венцы. Последнее природное явление связано с образованием светлых туманных колец на небе вокруг Солнца или Луны.

Что означает радуга вокруг солнца?

Тем, кому посчастливилось увидеть это редкое явление, стоит ожидать всего самого наилучшего – благополучия, благоденствия, удачи и любви. Если до этого в жизни был не самый простой период, то он обязательно закончится и все образуется наилучшим образом.

Если и такие приметы, связанные с круговой радугой вокруг солнца:

• если раньше гало появились венцы, то стоит ждать ухудшения погоды и наоборот;
• если зимой вокруг солнца появляются белые венцы большого диаметра вместе со столбами около светила, так называемыми ложными солнцами, то морозная погода сохранится.

Существует масса исторических фактов, связанных с гало, когда это природное явление помогало увидевшим его в каких-либо делах или напротив, интерпретировалось как дурной знак. В частности, в «Слове о полку Игоревом» говорится, что войско было окончательно разгромлено, когда на небе появились четыре Солнца. Иван Грозный расценил увиденное природное явление как предзнаменование скорой смерти. Существует очень много примет про радугу. Довольно интересно такое поверье: беременная женщина, отхлебнувшая воды из речки, откуда берет свое начало радуга, может загадать пол своего ребенка. Правда, это касается только тех женщин, у которых уже есть три дочери или три сына.

Источник

Радуга при заходе солнца

Одно из самых впечатляющих природных чудес – явление гало. Тот, кому посчастливилось хоть однажды его увидеть, долго находится под впечатлением от созданной природой красоты. Что такое гало? Как образуется необычное свечение на небе? Постараемся найти ответы на эти вопросы.

Что такое гало

В понятии большинства людей гало – это радужное свечение вокруг Солнца или Луны. Оно может напоминать круглую радугу, дуги или окружности, и даже принимать самые немыслимые формы.

А объясняется все просто. Атмосферное явление возникает при преломлении световых лучей кристаллами льда. Чтобы радужное сияние появилось вокруг источника света, необходимо наличие этих миниатюрных кристаллов в низких слоях атмосферы или перистых облаках. Свет отражается от граней или основания ледяных столбиков: падая, они вращаются, дрожат или неподвижно парят. В зависимости от их положения преломление лучей происходит под разными углами. Иногда можно увидеть второй светящийся ореол и размещенные на нем ложные «Солнца» или «Луны». По законам физики, они всегда находятся на той же высоте над горизонтом, что и настоящая звезда или спутник Земли.

Лунное гало практически ничем не отличается от ореола, возникшего в дневное время вокруг Солнца. Природа их появления точно такая же.

Очень часто круги вокруг Луны можно увидеть во время полнолуния. Светящийся в морозную погоду диск – завораживающее зрелище. Кольцо вокруг Луны, освещающее звезды, можно увидеть на многочисленных снимках любителей ночной «охоты».

История

В переводе с греческого «гало» означает «круг» или «диск». Этому необычному оптическому феномену всегда уделяли большое внимание. В древности появление в небе нескольких копий Солнца, ярких дуг или световых крестов вызывало неподдельный страх. Люди считали эффект гало предвестником разрушительных войн, голода, больших бед и неприятностей.

В июле 1794 года жители Петербурга стали свидетелями странного небесного представления. Известный астроном Т. Ловиц описал это явление как одновременное появление в небе двенадцати дуг и кругов, девять из которых были разноцветными.

Во время осаждения Магдебурга войсками короля Испании Карла V произошло настоящее чудо: над городом вдруг засияло сразу три Солнца. Приняв это как предупреждающий знак, испуганный правитель отказался от решающей атаки и снял осаду.

После поражения Наполеона французы увидели появление яркого пятна над Солнцем. По форме оно напоминало треугольную шляпу, которую носил император. Подданные связали поданный небесами знак с возвращением Наполеона из ссылки с острова Святой Елены.

Французский ученый К. Фламмарион подробно изучил хронику появлений гало и пришел к выводу, что данное явление напрямую связано с каким-либо важным событием.

О предзнаменованиях, связанных с появлением непонятных свечений, рассказали в своих произведениях Шекспир и Джек Лондон.

Доподлинно известно, что появление в небе яркого круга является предвестниками плохой погоды. Часто после такого явления на землю обрушиваются метели и бураны.

Причины появления

Форма и вид гало зависит от структуры и характера поведения ледяных кристалликов, которые образуются в верхних слоях атмосферы. Преломляясь, свет делится на спектры. В результате круг приобретает различные цвета, похожие на радужные, но в меньшем количестве. Для того, чтобы в зимний день появилось солнечное гало, необходимо наличие трех факторов: крепкого мороза, яркого Солнца и высокой влажности.

Многих интересует вопрос, бывает ли радуга зимой. Увидеть «зимнюю радугу» – настоящее везение. Если в летние дни для ее появления достаточно преломления света в капельках воды, то в зимнее время она образуется только в том случае, если на дворе ярко светит Солнце, стоит крепкий мороз, при этом в атмосфере наблюдается высокая влажность.

В сильный мороз кристаллы льда образуются близко от поверхности земли, создавая эффект «алмазной пыли», переливаясь и блестя на Солнце.

В Антарктиде гало можно наблюдать достаточно часто. На высоких склонах создаются идеальные условия для их формирования. Сильный ветер поднимает ввысь снежные облака: образующиеся кристаллы отражают свет и создают причудливые окружности разных расцветок.

Виды гало

Существует более 150 видов этого загадочного явления. Чаще всего люди наблюдают 22-градусное гало, которое находится на близком расстоянии от светила:

Редкостью являются дуги и окружности, расположенные под углом в 46 градусов относительно Солнца:

Самыми же завораживающими в природе являются гало, занимающие все пространство неба. Что касается цветов, то преобладают белый, красный и оранжевый. Светлые круги вокруг Солнца – не что иное, как смешение других оттенков. Изредка появляется нимб полного спектра.

Разновидность гало, носящее название паргелий, похоже на радужный диск с кажущимися спутниками Солнца, который сложно не заметить на небосводе как днем, так и ночью:

Появляется этот оптический вид в результате медленного падения кристаллов льда, которые в этом случае похожи не на стерженьки, а на пластины. Практически невесомые пластинки под действием воздуха разлетаются в горизонтальном направлении, не имея возможности перевернуться. Преломление света от нестандартно расположенных частиц дает такой поразительный эффект. О паргелии слагали легенды, сравнивали его с НЛО и другими мистическими вещами, отражали в художественных произведениях.

Одна из разновидностей паргелия – антигелий (антисолнце, противосолнце), когда на небосводе рядом с Солнцем и на одной с ним высоте визуализируется яркое пятно, создающее эффект второго светила:

Необычно смотрится и так называемый солнечный столб:

Обычно он тянется вверх при восходе или закате звезды. Бывает, что столб пересекается с дугой, и в небе можно увидеть крест. Особенно зловеще он смотрится на закате, принимая ярко-багровый цвет. Вертикальные столбы образуются, когда кристаллы вращаются вокруг горизонтальной оси; горизонтальные – наоборот, кружатся вокруг вертильльной оси.

При наличии в небе перистых облаков иногда можно увидеть зенитную или «перевернутую» радугу:

Иногда светящаяся окружность располагается не вертикально, а горизонтально. Она носит название «субгало».

Метеорологические факторы во многом влияют на формы и виды гало. Некоторые из них бывают настолько неожиданными и причудливыми, что ставят человека в ступор, заставляя испытывать неизведанные до сего момента эмоции. Это объясняет веру людей в мистическую силу этого явления.

Чем солнечное гало отличается от радуги

Несмотря на внешнее сходство, радуга и гало – это разные явления:

1. Радугу можно увидеть только в том случае, если стоять к светилу спиной. Гало же всегда возникает вокруг Солнца.
2. В привычной разноцветной дуге присутствуют все присущие ей цвета, в нашем же случае видны только красный и оранжевый тона: в редких случаях можно наблюдать весь спектр или напротив – неокрашенные гало. Красный спектр радуги находится у ее внешних границ. В гало багровые оттенки расположены ближе к Солнцу.
3. Радуга образуется в результате преломления света в каплях воды, которые постоянны и одинаковы. Внешний вид гало зависит от кристалликов льда, которые могут видоизменяться и совершать различные движения.

Кольцо вокруг Солнца – самый простой способ удивить наблюдающих. Кристаллы могут выстроиться таким образом, что в небе возникают целые картины, образующие круги около Солнца, состоящие из нескольких спутников или необычных предметов.

Гало на небе – уникальное природное явление, напоминающее волшебство и очаровывающее необычными формами. Изучение этого феномена – возможность взглянуть на него другими глазами, изучить природу и понять, что цветные круги – результат оптических иллюзий, живущих по законам физики. При наблюдении за ярким ореолом не стоит забывать о безопасности и надевать темные солнцезащитные очки.

Источник