Занимательная физика на пальцах гало

Явление природы гало от 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.

В небе

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.

Луна

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.

Гало

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.

Зимняя радуга

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:

22 градуса

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

46 градусов

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:

Паргелий

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:

Антисолнце

Необычно смотрится и так называемый солнечный столб:

Солнечные столбы

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:

Перевернутая радуга

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.

3 Солнца

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

Явление природы гало от солнца

Под этим названием объединяют целую группу сложных оптических явлений в атмосфере, обусловленных преломлением и отражением света в кристаллах льда, из которых обычно состоят облака верхнего яруса.

Чаще всего наблюдают малые гало, представляющие собой кольца вокруг Солнца или Луны, имеющие угловой радиус около 22°. Большие же гало имеют угловой радиус около 46°. Иногда отдельные участки этих гало светятся более ярко, образуя так называемые ложные солнца — паргелии («пара» — близкий, «гелиос» — солнце). Гало, причиной которых является преломление лучей света в кристаллах, всегда слегка окрашены в радужные тона, что объясняется дисперсией света.

Наиболее известным примером большого гало является знаменитое, часто повторяющееся «Брокенское видение» (рис. 34). Это гало имеет вид нескольких гигантских светлых колец вокруг Солнца с силуэтами наблюдателей на общем туманном фоне неба, причем изображение наблюдателей разрастается в колоссальные теневые фигуры на облаках, повторяющие все движения присутствующих.

На рисунке 35 изображено сложное гало, представляющее собой переплетение многих дуг и пятен. Такое явление наблюдали 18 июля 1794 г. в Петербурге в течение 5 часов.

ОБРАЗОВАНИЕ ГАЛО

Кристаллы, из которых состоят облака, представляют собой тонкие шестиугольные пластинки — снежинки (рис. 36а) или правильные шестигранные призмы с плоским или заостренным основанием (рис. 366). Иногда пластинки и призмы соединяются и кристаллы приобретают форму маленьких парашютиков (рис. 37). Призмы являются причиной образования гало.Грани шестигранных призм попарно образуют двугранные углы, которые преломляют свет так же, как двугранные углы трехгранной призмы.Угол δ, образованный двумя гранями АВ и CD шестигранной призмы (рис. 38), составляет 60°. Показатель преломления льда для зеленого луча n = 1,31. Пользуясь формулой

можно определить угол наименьшего отклонения луча ε, проходящего сквозь призму. Он оказывается равным 22°, т. е. точно соответствующим угловому радиусу малого гало. Угол между соседними гранями этой призмы равен 120°, следовательно, луч, падающий на грань шестигранной призмы, не может выйти наружу через соседнюю грань, поэтому эти грани в образовании гало не участвуют.

На рисунке 39 изображен ход нескольких лучей света через боковые грани шестигранной призмы изо льда (n = 1,31). Лучи 1, 3, 5, 7 претерпевают двукратное преломление, лучи 2, 4, 6 — двукратное преломление и однократное отражение. Эти лучи или идут близко к лучу, изображенному на рисунке 38, или создают ореол вокруг основной полосы гало.

На рисунке 40 показано преломление света на одной из боковых граней призмы и ее основании, образующих преломляющий двугранный угол 90°. Подсчет, произведенный так же, как и для угла δ = 60°, показывает, что угол наименьшего отклонения луча в этом случае равен 46° (ε = 46°), т. е. как раз соответствует угловому радиусу большого гало.Естественно, что при прохождении сквозь ледяную призму луч света испытывает не только преломление, но и дисперсию.Рассмотрим образование малого гало, видимого под углом 22°. Кристаллы льда расположены хаотично. Лучи света падают на их грани от Солнца или Луны параллельными пучками под всевозможными углами. Часть из них падает так, что свет после преломления в призмах

выходит под углом 22° или близким к нему (рис. 41). Тогда те лучи, которые попадают в глаз наблюдателя, создают впечатление, что они идут от ряда источников, составляющих кольцо, расположенное под углом 22° вокруг светила.

Лучи, падающие на кристаллы, могут преломляться и выходить под углом, отличающимся от 22°. Однако интенсивность света, выходящего под другими углами, значительно меньше. Так как при вращении кристалла изменение углов вблизи угла наименьшего отклонения (22°) происходит медленнее, то вероятность наблюдения лучей и яркость света в этом направлении значительно

больше, чем в других. Свет, падающий под другими углами, создает впечатление дымки вокруг кольца.Если кристаллы имеют плоские правильные основания, то преломление света может произойти и на углах в 90° (рис. 42). В этом случае угол наименьшего отклонения δ = 46°, как это было уже вычислено, и одновременно с малым гало наблюдается большое. Вследствие более сильного разложения света призмой с преломляющим углом 90° большие гало отличаются более насыщенными цветами по сравнению с малыми.Гало не возникает на облаках, которые состоят из звездообразных снежинок или кристаллов неправильной формы.

ПАРГЕЛИИ

Паргелии (ложные солнца) можно наблюдать в тихую погоду при низком положении Солнца, когда значительное количество призм располагается в воздухе так, что их главные оси вертикальны, и призмы медленно опускаются как маленькие парашютики. В этом случае наиболее яркий преломленный свет поступает в глаз под углом 22° с граней, расположенных вертикально, и создает вертикальные столбы по обе стороны от Солнца по горизонту. Эти столбы могут быть в некоторых местах особо яркими, создавая впечатление ложного солнца.

Кольцевое гало наблюдается значительно чаще, чем ложные солнца, так как беспорядочное расположение кристаллов более вероятно, чем упорядоченное.

СВЕТЯЩИЕСЯ СТОЛБЫ НАД СОЛНЦЕМ, ФОНАРЯМИ И ДРУГИМИ ИСТОЧНИКАМИ СВЕТА

Иногда можно наблюдать, как в тихое морозное утро над ярким Солнцем, поднимающимся над горизонтом, видны в воздухе ледяные иглы, поблескивающие в его лучах, а сверху и снизу Солнца — светящиеся столбы. Наблюдаемый столб сам по себе бесцветен, но когда Солнце становится желтым, оранжевым или красным, столб принимает тот же оттенок.

Объяснение световых столбов действительно связано с рядом трудностей. Те объяснения, которые мы приводим ниже, носят лишь качественный характер.Итак, световые столбы бывают видны в тихую морозную погоду над фонарями и другими источниками света. Появление вертикальных белых столбов связано с отражением света от граней кристаллов льда. Столбы лучше всего наблюдать, когда Солнце находится за горизонтом или низко над ним и скрыто каким-либо строением, деревом и не слепит глаза.Представим себе облако ледяных кристаллов и пластинок, грани которых строго горизонтальны. Они очень медленно падают. Лучи света отражаются от них, и при этом отраженный свет не попадает в глаз наблюдателя, находящегося на земле. Но как только те же кристаллы и пластинки отклоняются по отношению к горизонту на небольшой угол (рис. 45), то отраженные лучи также испытывают малые отклонения и теперь они уже могут попасть в глаз. Глаз проецирует лучи на свод неба, и наблюдателю кажется, что под Солнцем или над ним возникает световой столб.

Вертикальные столбы могут образоваться также вследствие отражения и преломления света в кристаллах, изображенных на рисунке 36, если они расположены горизонтально и, падая, медленно вращаются вокруг горизонтальной оси.

Горизонтальные столбы образуются в том случае, когда кристаллы-парашютики (рис. 37), медленно падая, вращаются вокруг своей вертикальной оси.Подобным образом можно объяснить образование ореолов и колец вокруг ламп и фонарей. Кольца представляют собой малое гало, а ореолы вызваны рассеиванием света на кристалликах снега, капельках тумана или пыли, взвешенных в воздухе.

Источник



Явление природы гало от солнца

Подобное атмосферное явление, со слов ученых, является крайне редким. Для его появления нужно стечение сразу нескольких обстоятельств. Погода должна быть ясной, а светило должно находиться невысоко над горизонтом. Иллюзия нескольких светил создается кристаллами льда в перистых облаках на высоте 5-10 км. .

Гало (в переводе с древне-греческого — круг, диск; также аура, нимб, ореол) — оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света. Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни.

Существует множество типов гало, и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5 — 10 км в верхних слоях тропосферы. Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отраженный и преломленный ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу.

Целый ряд оптических атмосферных явлений вызван преломлением света на мелкодисперсных кристаллах высоко расположенного (выше 6 км) тонкого слоя перисто — слоистых облаков (по Международной Классификации это облака Cirro-stratus, Сs). Схема явления «Ложного Солнца» (по Гречески — Паргелии) проста — прямые лучи света от самогО светила (Солнца, Луны) практически беспрепятственно проходит прямо сквозь этот тонкий слой облаков, а то время как лучи, идущие под некоторым заданным углом, отражаются и преломляются от плоских граней взвешенных кристаллов, что и создаёт эффект отражения изображения самогО светила в стороне от него (типовые углы 22 и 44 угловых гралуса) .

Кроме этого красивого явления «Ложное Солнце» аналогичным образом возникают вокруг светила «венцы», «гало» (круг — см на рисунке) , «световые столбы» и «световые кресты», причём эти явления могут быть и с радужными переливами, что носит другое оптическое явление на высоких кристаллических облаках «ирризация облаков».

Эти оптические явления природы хорошо известны метеорологам, описаны в метеорологических учебниках и методических инструкциях для метеорологов-наблюдателей метеорологических станций всего мира, их регистрируют и иногда (при необычности явления) как зарисовывают, так и фотографируют.

Но раньше, в прошлые века, когда люди не знали физику образования этого оптического явления, оно обычно вызывал не только изумление и восхищение, но и религиозный ужас и воспринималось обычно как неведомое «небесное знамение», обычно не предвещавшее «ничего хорошего», в особенности вызывал панику вид «светового креста» на небосводе! Даже сейчас, когда эти оптические явления описаны в энциклопедиях и учебниках географии и природоведения, люди, часто видя их продолжают изумляться и даже пытаются «объяснить» из возникновение действием «потусторонних сил», «внеземных» и «параллельных» миров, такие странные «объяснения» этих известных оптических явлений можно встретить в описаниях и в брошюрах УФО-логов!

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.

Источник

Adblock
detector