Гало

ГАЛО

 

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.

Рис. 34. Брокенское видение

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.



Рис. 35. Сложное гало

 

 

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.

Рис. 36а. Снежинки (увеличено в 5—6 раз). Рис. 36б. Кристаллы льда

 

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.

Рис. 37. Кристалл льда с плоскими пластинками на концах (парашютик).  Рис. 38. Преломление света на гранях кристалла льда, пересекающихся под углом 60°.

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

Рис. 39. Возможные преломления света в шестигранной ледяной призме. Рис. 40. Преломление света на гранях, пересекающихся под углом 90°.

 

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.

Рис. 41. Образование малого гало.


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

Рис. 42. Образование малого и большого гало.

 

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.

 

Рис. 43. Паргелии (ложные 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.

Рис. 44. Светящиеся столбы.


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.
Рис. 45. Объяснение образования светящихся столбов.


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.







Видеотека

-->

Яндекс.Метрика