Радуга с точки зрения физики
Простое и наглядное объяснение природного оптического феномена
Радуга похожа на настоящую магию. Она такая красивая и волшебная в небе после дождя, когда выглядывает солнце, что заставляет нас чувствовать себя счастливыми, не так ли?
Но, как происходит это магическое волшебство? Как в небе появляются эти разноцветные дуги? Давайте разберемся.
Начнем с основ физики. Белый солнечный свет состоит из множества различных световых волн разной длины. В зависимости от длины волны он воспринимается нашим глазом как определенный цвет — от красного (самые длинные волны) до фиолетового (самые короткие). При смешении все эти цвета и дают видимый белый свет.
Принято выделять семь основных цветов, которые мы называем цветами радуги: красный, оранжевый, желтый зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета легко запоминаются по первым буквам известной всем из детства фразы:
Кроме того, в белом солнечном свете присутствуют волны, которые наш глаз не видит — ультрафиолетовые (короче фиолетовых) и инфракрасные (длиннее красных). Первые известны тем, что вызывают загар на нашем теле, а вторые — это тепловое излечение или попросту тепло, которое мы чувствуем, когда солнечные лучи падают на наше лицо и тело.
Проходя через границу неоднородных сред (например воздуха и воды или воздуха и стекла) белый свет преломляется и разлагается на отдельные цвета, которые мы называем спектром. Чтобы увидеть цвета спектра, можно использовать трехгранную призму, которая преломляя солнечный свет, выделяет из него все цветовые составляющие.
Эффект разложения белого света на цветные составляющие (спектр) называется дисперсией. Именно из-за преломления света бриллианты играют цветными огнями.
Но, вернемся к нашей радуге. Цвета спектра и есть цвета радуги. Как же происходит дисперсия солнечного света, порождающая радугу?
Когда солнечный свет сталкивается с каплей дождя, часть света от неё отражается, а остальная часть попадает во внутрь капли. Луч света преломляется на ближайшей к нему поверхности капли дождя, потом этот свет попадает на дальнюю поверхность капли и отражается от неё. Когда этот внутренне отраженный свет вновь достигает поверхности капли, он снова преломляется при выходе. Вот как это выглядит на схеме:
Как видим, часть падающего на каплю солнечного света отражается обратно под некоторым углом. Этот угол не зависит от размера капли, но зависит от показателя преломления воды капли. Для дождевой воды показатель преломления равен 1,333, поэтому угол отражения получается около 42°. А морская вода имеет более высокий показатель преломления, чем дождевая, поэтому угловой радиус радужной дуги в морских брызгах меньше, чем у дождевой.
Фактически, угол отражения света в капле — это угол между солнцем, каплей дождя и глазом наблюдателя. Однако, поскольку дождевых капель много, лучи преломленного и отраженного света от разных капель образуют конус с вершиной в зрачке глаза наблюдателя и осью, проходящей через наблюдателя и солнце. Окружность в основании этого конуса и будет радугой. Но, поскольку наблюдатель находится на поверхности земли, он видит только часть окружности — дугу. Из этого также следует, что для образования радуги само солнце должно находиться не выше 42° над горизонтом. Вот почему радугу невозможно увидеть в летний полдень, когда солнце высоко в зените. Вообще, чем ниже над горизонтом находится солнце, тем большей будет дуга радуги.
Если же наблюдателя поднять над землей, например на воздушном шаре или самолете, то при определённых обстоятельствах он сможет увидеть радугу в форме полной окружности.
Сама радуга не находится в одном конкретном месте. Существует множество радуг, однако, только одну из них может видеть наблюдатель в зависимости от местоположения его и солнца.
Все капли дождя преломляются и отражают солнечный свет одинаковым образом, но только свет от некоторых капель дождя достигает глаза наблюдателя. Этот свет и есть радуга для этого наблюдателя.
Поэтому легенда о том, что в месте, где радужная дуга касается поверхности земли скрыт золотой клад гномов, лишена смысла.
Вернемся к схеме преломления солнечного света. На картинке с призмой видно, что фиолетовый и синий свет (короткие волны) преломляются под б ольшим углом, чем красный свет, но за счет отражения световых лучей от задней поверхности капли воды, фиолетовые и синие лучи выходят из капли под меньшим углом к входящему лучу солнечного света, чем лучи красного света. Из-за этого синий цвет виден на внутренней стороне дуги радуги, а красный — снаружи.
Но, бывают двойные радуги у которых порядок цветов второй, наружной дуги обратный. Эта вторая дуга образована лучами двойного преломления солнечного света в каплях воды. Поэтому наружная радуга всегда бледнее основной внутренней.
Схема поясняет, как образуется двойная радуга.
Угловой радиус вторичной радуги — 50–53°. Небо между двумя радугами обычно заметно более тёмное, эту область называют полосой Александра.
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 по окружности 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:
- Радугу можно увидеть только в том случае, если стоять к светилу спиной. Гало же всегда возникает вокруг Солнца.
- 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.
- 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