Что такое солнечное гало
Преломление солнечных лучей в атмосфере рождает множество оптических иллюзий, которые можно наблюдать с Земли невооруженным глазом. Одним из самых зрелищных явлений такого рода является солнечное гало. Это явление имеет множество разновидностей, каждая из которых красива по-своему. Но для возникновения любого вида данной оптической иллюзии необходим определенный набор условий.
Причины появления солнечного гало
Итак, что такое солнечное гало и почему оно появляется? Для начала ответим на первый вопрос. По сути, гало – радуга вокруг солнца. Однако, она отличается от обычной радуги как по внешнему виду, так и по своим характеристикам.
Гало появляется на небе при сочетании нескольких факторов. Чаще всего оно наблюдается в морозную погоду в условиях повышенной влажности. В воздухе при этом находится большое количество ледяных кристаллов. Проходя сквозь них, солнечный свет преломляется особым образом, образуя дугу вокруг Солнца.
Не стоит путать гало с «солнечными венцами». Последние представляют собой области туманного свечения, расположенные вокруг Солнца, Луны или иных ярких источников света – к примеру, уличных фонарей и прожекторов.
Отличие солнечного гало от радуги
Несмотря на некоторое внешнее сходство с радугой, солнечное гало имеет целый ряд отличий от нее. Первое из них состоит в том, что радугу обычно наблюдают, стоя к светилу спиной. А гало возникает только вокруг Солнца, за исключением нескольких крайней редких разновидностей.
В радуге чаще всего можно наблюдать весь спектр цветов, от красного до фиолетового. Солнечное гало же обычно бывает окрашено только в красный и оранжевый тона. Остальные цвета спектра перемешиваются между собой и потому выглядят белыми. Впрочем, очень редко можно наблюдать гало, в котором различаются все цвета спектра. Это очень эффектное зрелище.
У радуги красный спектр располагается на внешней стороне (дальней от горизонта). У гало же он находится максимально близко к центру, то есть, к Солнцу.
Главное же отличие радуги от гало состоит в том, что радугу мы видим в результате преломления света в каплях воды. Эти капли всегда выглядят и ведут себя в атмосфере одинаково, отличаться могут лишь их размеры. Совсем другое дело – ледяные кристаллы, в которых преломляется свет Солнца во время наблюдения гало. Они могут иметь самую разную форму и размер. Да и двигаться кристаллы могут совершенно по-разному – спокойно парить, падать вниз, вращаться и т. д. Результатом этого является многообразие типов солнечного гало.
Разновидности солнечного гало
Итак, мы узнали, что такое солнечное гало, и каковы причины его появления. Теперь рассмотрим основные его типы.
Солнечное гало различается по своему расположению на небе относительно Солнца. Чаще всего можно наблюдать гало, расположенные близко к светилу – так называемые 22-градусные гало. Реже встречаются гало, расположенные под углом 46 градусов и более по отношению к Солнцу, а самыми редкими являются его разновидности, занимающие все небо.
По своей окраске гало делятся на белые (светлые, бесцветные), красно-оранжевые и полного спектра. Наиболее часто встречающиеся 22-градусные гало обычно окрашены только в красный, оранжевый и белый цвета. Гало могут располагаться не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости. Они получили название субгало.
Отношение людей к гало
В прошлом данное явление сеяло среди людей страх и панику. Из-за недостаточного развития науки люди не знали, что их глазам открывается оптическая иллюзия, и считали гало недобрым знаком, особенно если оно сопровождалось паргелиями (световыми пятнами, внешне напоминающими Солнце и расположенными рядом с ним). Иногда появление гало становилось причиной для принятия важных политических решений. Одним из самых ярких примеров является отказ императора Карла V от осады Магдебурга в 1551 году. Увидев над городом гало с ложным солнцами, он посчитал его символом небесной защиты осаждаемых.
Как правильно смотреть на солнечное гало
Гало – необычное оптическое явление, которое всегда привлекает внимание людей. Но для того, чтобы насладиться его красотой без неприятных последствий, нужно не только знать, что такое солнечное гало, но и понимать, какую опасность оно представляет для органов зрения. Преломленный в кристаллах льда солнечный свет слишком ярок для наших глаз. Поэтому наблюдать за гало лучше всего в солнцезащитных очках. Разумнее использовать для этого (как и для нахождения на солнце в любых других условиях) качественные очки с высоким уровнем защиты от УФ-излучения. Глядя на гало, солнце лучше всего закрывать каким-либо предметом или, например, ладонью. То же самое следует делать и при фотосъемке этого явления. В противном случае изображение может оказаться недостаточно четким.
Источник
Круглая радуга Гало: о чем предупреждает редкое явление
Ежегодно люди замечают большое кольцо или круг света вокруг солнца. Выглядит это явление очень интересно и необычно. Это круглая радуга Гало. Однако издавна этому явлению приписывали особые значения.
Гало – это
Солнечное Гало вызвано преломлением, отражением и рассеиванием света через ледяные частицы, находящиеся в тонких высокогорных перистых облаках. Когда свет проходит через эти ледяные кристаллы в форме шестиугольника, он изгибается под углом 22 °, создавая круговой ореол вокруг Солнца. Эффект призмы света, проходящего через эти шестигранные кристаллы льда, также разделяет свет на его различные цветовые частоты, делая ореол похожим на очень бледную радугу, с красным внутри и синим цветом снаружи.
Время от времени вдоль этих ореолов образуются более яркие области, создавая фиктивное солнце. Выглядит очень необычно и интересно, да и кажется, что это самое настоящее солнце!
Также есть лунное Гало. Однако его заметить сложно. Поскольку лунный свет не очень яркий, лунные ореолы в основном бесцветны, но можно заметить оттенки красного внутри и синего снаружи гало. Однако эти цвета более заметны в ореолах вокруг солнца. К слову, небо, окружающее ореол, всегда темнее.
К чему появляется круглая радуга
Фольклор говорит, что солнечные Гало могут предсказать погоду. В целом, появление Гало всегда является симптомом плохой погоды.
Существует старая поговорка: кольцо вокруг солнца скоро означает дождь. В этом высказывании есть доля правды, потому что высокие перистые облака часто появляются перед дождем. Но даже если небо выглядит довольно чистым, то ореолы являются признаком высоких тонких перистых облаков, дрейфующих над головами людей на 20 000 футов и более.
Также это явление является признаком наступления сильных морозов и снега. Но, как было сказано выше, это не просто суеверия, они имеют научные доказательства.
Суеверия
Гало интересное явление, которое наблюдается на небе долгие годы. Когда-то Гало даже считали огненным ангельским мячом.
Также считается, что увидеть это редкое явление удается далеко не всем. И те, кто его увидят настоящие счастливчики, которым в скором времени очень сильно повезет. Возможно и правда, счастье ждет тех, кто увидел хотя бы раз в жизни это явление. Также в народе это явление часто связывали не только с погодой, но с счастьем и благополучием.
В основном никаких суеверий вокруг этого явления нет. Ведь оно всегда помогало предсказывать погоду и всегда было связано исключительно с погодой.
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.
Откуда же берётся большое гало? Оно получается в результате прохождения луча через льдинки, расположенные перпендикулярно предыдущему случаю: то есть, свет преломляется не через шестиугольное, а через квадратное сечение призмы. Минимальный угол между падающим и отражённым лучом в этом случае оказывается равным 46 градусам — то есть, как раз-таки вдвое больше, чем при преломлении через шестигранник.
Проблема в том, что льдинки далеко не всегда имеют правильную форму шестигранного основания (обычно к концам «столбика» они или утончаются, или, наоборот). Поэтому правильного угла в 90 градусов может и не быть, и второе гало не образуется.
Теперь насчёт касательных дуг. Они возникают из-за преломления света в кристалликах, которые также имеют общую ориентацию «длинной» оси, но не вертикальную, как в случае с паргелиями, на горизонтальную — лежат на боку. Если в облаке присутствует достаточное количество таких «лежачих» кристаллов (что, вообще говоря, бывает нечасто), то дуги наблюдаются. Если нет, и «длинные» оси ориентированы в пространстве хаотично, то мы видим лишь круговое гало.
А откуда берётся эффект радуги? Дело в дисперсии — свойстве, при котором вещество по-разному преломляет свет разного цвета (с различной длинной волны).
Когда выше мы писали о среднем коэффициенте преломления света льдом, мы имели в виду именно это. «Cредний» коэффициент преломления света льдом, как мы уже говорили, составляет 1,31, и «средний» угол гало составляет 22 градуса. Однако для красного света показатель преломления меньше (1,307), а значит, меньше и минимальный угол (21,34 градуса). Для фиолетового света это буде 1,317 и 22,22 градуса, соответственно. Именно поэтому ближняя к источнику света (солнцу) часть гало более богата красными лучами и имеет красноватый оттенок.
Эффект радуги должен наблюдаться тем сильнее, чем больше сами призмы-льдинки. Но про этом они должны сохранять правильную форму и не иметь внутренних дефектов, а это редкость. Поэтому гало часто либо вообще бесцветны, либо имеют слабую «радужность» в красной части спектра, которая постепенно сходит на нет.
А как насчёт «огненной радуги»? По большому счёту, это тоже гало, но очень необычное: оно образуется в случае, когда световой луч падает на верхнюю или нижнюю часть кристалла, а выходит через одну из боковых граней
Для того, чтобы это произошло, должны соблюдаться одновременно несколько условий. Во-первых, кристаллики льда должны быть плоскими (ширина шестиугольного основания должна быть больше высоты призмы). Во-вторых, они должны быть ориентированы преимущественно горизонтально. В-третьих, солнце должно находиться достаточно высоко в небе (не ниже 58 градусов над горизонтом). К примеру, севернее 55 градусов северной широты (а это, например, Москва) или южнее 55 градусов южной широты его уже не понаблюдаешь: Солнце здесь так высоко вообще не поднимается. Лучше всего наблюдать такое явление в горах — и дело того стоит: из-за того, что лучам приходится проходить достаточно большой путь внутри льдинки, дисперсия весьма сильно разделяет белый луч на цветные составляющие, и облака начинают действительно полыхать всеми цветами спектра. К слову, огненная радуга не всегда имеет форму дуги — она, в общим и целом, повторяет ту форму, которую имеет вызвавшее её облако.
В тех редких случаях, когда формирующие гало облака состоят из редко, но всё же встречающихся кристаллов льда другой формы, возможны гало другой геометрии (дуги Мойлайнена, кривые Вегенера, пирамидальные гало и так далее: правда, большинство из них встречается так редко, что последовательной теории явлений не существует). А если облако представляет собой смесь из кристаллов разной формы, то гало может принимать и вовсе причудливые формы — вроде того поистине удивительного зрелища, которое посчастливилось наблюдать жителям Санкт-Петербурга 18 июля 1794 года. Сфотографировать его по понятным причинам не смогли, но зарисовать успели, благо, чудо это висело в воздухе целых пять часов. Думаю, доставило тогдашнему не слишком просвещённому в линейной оптике обывателю чрезвычайно)))
Но и в наши дни случаются картинки очень ничего:
Таким образом, гало является близким родственником радуги, только та формируется не на льдинках, а в каплях воды, и не на преломлённых, а на внутренне отражённых лучах — именно поэтому радугу видео в противоположной от солнца части неба. Чуть в более дальнем родстве гало состоят с так называемыми венцами, с которыми их части путают: физическая разница состоит в том, что венцы образуются из-за дифракции света — явления уже волновой, а не линейной оптики.
Если тем необычных оптических явлений в атмосфере показалась вам интересной, и вы хотите ещё почитать на эту тему — пишите в комментариях.
Источник