«Загадки» природы

Мезенцев Владимир Андреевич

Нижняя радуга получается, как обычно, благодаря простому отражению лучей в определенных каплях дождя. Верхняя же появляется на небе тогда, когда одновременно с простым внутренним отражением лучи солнца испытывают двойное внутреннее отражение в каплях, находящихся выше капель, образующих нижнюю радугу.

Рис. 29. Двойное полное внутреннее отражение лучей Солнца в капле дождя.

Рис. 30.

Двойная радуга.

Легко можно понять, почему в верхней радуге цвета располагаются иначе, чем в нижней. При двойном внутреннем отражении от капель, расположенных в самой нижней части радуги, в наш глаз попадают красные лучи, а капли, находящиеся на внешнем ее кольце, посылают в глаза наблюдателя лучи фиолетовые.

Несколько сложнее обстоит дело, когда в воздухе появляются три и более «радужных призрака». Секрет этого явления в том, что радуга может появляться и в тех случаях, когда в каплях дождя отражаются не прямые солнечные лучи, а отраженные водой рек, озер, морских заливов.

7 января 1948 года под Москвой на станции Тарасовская, Ярославской железной дороги, наблюдали редкое явление – зимнюю радугу.

Можно увидеть радугу и в ночное время, при Луне. Ночная радуга – явление очень редкое, краски ее не яркие, и заметить ее трудно.

О ТРЕХ СОЛНЦАХ НА НЕБЕ

Причины появления на небе воздушных призраков – гало – в прошлые времена были неизвестны. Суеверные люди верили любым вздорным сказкам об этом явлении. Очевидцы сочиняли самые фантастические картины, дополняли виденное всевозможными выдумками.

Вот как изобразил «очевидец» гало в 1785 году, виденное в городе Ярославле (рис. 31).

Рис. 31. Таким рисовали гало 1785 года суеверные «очевидцы».

Но вот совершенно точное описание редкого по своей форме гало. 6 мая 1928 года в г. Белом, Смоленской области, в течение продолжительного времени было видно сложное гало. Оно наблюдалось около 8 часов. Наиболее сложным гало было около 8–9 часов утра, когда были видимы следующие его части:

радужный круг, радиус которого был виден с земли под углом в 22 градуса (рис. 32);

верхняя, ближняя к зениту часть радужного круга с радиусом в 46 градусов;

две небольшие слабой окраски полосы, касательные к верхней и нижней точкам круга в 22 градуса;

два ложных солнца радужной окраски, расположенные около круга в 22 градуса; от каждого из них тянулись белесые, слегка изогнутые хвосты (см. рис. 32).

Рис. 32. Сложное гало 1928 года в г. Белом. Смоленской области.

Как же могут получаться такие воздушные призраки?

Каковы действительные причины этого явления?

Как уже говорилось, гало возникает благодаря преломлению и отражению солнечных лучей в ледяных кристалликах, плавающих в воздухе. В высоких слоях атмосферы, где летом и зимой царит холод, находится множество таких кристалликов. Они имеют самые различные формы, но чаще форму прямой шестигранной призмы. Такие кристаллы и дают гало.

Посмотрите на рис. 33. Лучи света, падая на шестигранную призму, преломляются в ней и рассеиваются, образуя спектр. Если поворачивать призму вокруг ее оси, вместе будет поворачиваться и спектр. Когда призма повернется так, что луч света

будет испытывать в ней наименьшее отклонение, спектр остановится и при дальнейшем вращении призмы (все в ту же сторону) начнет поворачиваться уже в обратную сторону.

Рис. 33. Лучи света, падая на шестигранную призму, преломляются в ней и образуют спектр.

Продолжая поворачивать призму, мы дойдем до такого ее положения, когда луч света будет испытывать в ней наибольшее отклонение. С этого момента спектр пропадает: луч света уже не выходит из призмы, а испытывает в ней полное внутреннее отражение.

Если продолжать поворачивать призму, все повторится снова, только луч света теперь будет падать уже на другую грань – не на первую, а на вторую, затем на третью и т. д. Выходящие из призмы преломленные и рассеянные лучи света будут совершать то же колебательное движение.

Что же мы увидим, если начнем вращать призму быстро?

Все последовательные изображения спектра сольются, и мы увидим одну белую полосу, которая будет более яркой и иметь радужную окраску в месте наименьшего отклонения световых лучей.

Рис. 34. Схема образования гало-круга в 22 градуса.

Представим себе плавающие в воздухе кристаллики льда. Множество таких кристалликов, имеющих форму шестигранных призм, находится в самых различных положениях. Медленно падая, они вращаются, отражая и рассеивая в пространстве солнечные лучи. Но некоторая часть кристалликов будет посылать в глаза наблюдателя направленные лучи – те лучи, которые испытывают в шестигранниках наименьшее отклонение. Такие кристаллы располагаются на небе, подобно каплям воды в радуге, по кругу. В центре этого круга мы видим Солнце. Кристаллы находятся в одном положении как к наблюдателю, так и к Солнцу и будут казаться освещенными. В этом месте мы и увидим светлый радужный круг – гало (рис. 34). Радиус его – 22 градуса. Гало-круг появляется и ночью, вокруг Луны.

Бывают случаи, когда ночью наблюдают сложные гало. 28 ноября 1947 года сложное гало было видно в г. Полтаве (рис. 35). Луна находилась в центре светлого круга. Гало-круг в 22 градуса был виден не весь; наиболее ярок он был в своей верхней части и слева. На этом круге справа и слева были видны также ложные луны, или, как их часто называют, параселены; левый параселен был более ярок и имел хвост. Сверху у гало-круга была видна яркая касательная дуга.

Рис. 35. Сложное гало вокруг Луны, виденное в Полтаве в 1947 году.

Гало в виде круга у Солнца в 22 градуса совсем не редки. В Москве и Московской области такое гало можно наблюдать ежегодно десятки раз.

Другой вид гало-круга у Солнца с радиусом в 46 градусов наблюдается значительно реже. Чаще видны лишь отдельные части такого круга, как было и при сложном гало, виденном в г. Белом в 1928 году. Причина его возникновения та же – преломление света в ледяных кристаллах, имеющих форму шестигранников. В этом случае играют роль кристаллы, от которых падают лучи, преломившиеся не между двумя боковыми гранями, а между одной из боковых граней кристаллика и его основанием. Наименьший угол отклонения лучей при этом составляет уже не 22 градуса, а 46 градусов.