Удивительные оптические явления создаваемые Солнцем

Иногда с солнечным светом, падающим на нашу Землю, происходят разные превращения, и в результате возникают удивительные оптические явления…

Для начала посмотрим, как распространяются солнечные лучи в обычных ситуациях. Вроде бы тут всё ясно: свет приходит от Солнца к Земле, достигает поверхности разных предметов, частично отражается от них, и дальше часть этого света попадает на сетчатку твоего глаза, поэтому ты и можешь видеть то, что творится вокруг. Но что происходит с предметами, лежащими в тени? Они скрыты от прямых солнечных лучей, однако это почему-то не мешает тебе вполне отчетливо их видеть. Как же так получается? Дело в том, что часть солнечного света, проходя через атмосферу, отражается от молекул воздуха и разлетается в разные стороны, попадая, в том числе, и на предметы, находящиеся в тени. То есть, если бы атмосфера на нашей планете отсутствовала, то было бы темно как ночью. (Точнее, как в глубокие сумерки: на то, что находится в тени, всё же попадал некоторый сеет, отраженный от освещенных объектов).

Именно такую картину и наблюдали астронавты, высадившиеся на Луну, где, как ты знаешь, воздуха нет. Надеемся, теперь тебе понятно, почему яркий предмет, находящийся в тени, кажется нам более темным: на него попадает меньше света, и он, соответственно, меньше света и отражает.

Но бывает, что атмосфера, через которую проходит свет на пути к Земле, неоднородна – в ней находятся крупные капли дождя или ледяные кристаллы, или же в толще воздуха соседствуют слои, сильно различающиеся по температуре. В такой ситуации вполне возможно возникновение различных оптических явлений.

СКВОЗЬ КАПЕЛЬКИ ВОДЫ…

Радугу ты, конечно, видел много раз. И, возможно, знаешь, что она образуется из-за того, что дождевые капли преломляют и отражают солнечный свет. Его лучи, попадая на капельки, отражаются от них, но не ровно назад, а как бы назад и вбок: угол между лучом, входящим в капельку, и лучом, исходящим из нее, составляет примерно 42°. Точное значение зависит от длины световой волны: для красного света оно примерно на 2° больше, чем для фиолетового. В результате белый свет разлагается на составляющие его лучи, то есть спектр, образуя на небе напротив солнца светящееся, в прямом смысле слова, всеми цветами радуги кольцо с угловым радиусом 42°. Правда, разглядеть это кольцо можно только с самолета. Наблюдатель, находящийся на земле, увидит в лучшем случае половину кольца – когда солнце находится на горизонте. Чем выше солнце на небосводе, тем меньшую часть кольца можно увидеть с земли, а если оно совсем высоко, то радугу и вовсе не видно.

Бывает, в небе появляются две радуги. Вторая, менее яркая, образована светом, отразившимся в каплях не один, а два раза, и цвета в ней «перевернуты» – фиолетовый находится снаружи, а красный – внутри.

В яркую лунную ночь можно увидеть на небе лунную радугу. Механизм ее появления точно такой же, как у обычной радуги, но из-за того, что лунный свет намного слабее солнечного, лунная радуга гораздо более тусклая, и в ней сложно разглядеть цвета.

…И СКВОЗЬ ЛЬДИНКИ

Если ход солнечных лучей отклоняется не капельками воды, а кристалликами льда, возникает другое явление – гало.

Понятно, что в отличие от радуги, для которой необходима положительная температура воздуха, гало можно наблюдать только в морозную погоду. И если водяные капли всегда круглые, а значит, как их ни крути, радугу они могут образовать только одного вида, то кристаллы льда имеют форму шестиугольной призмы. Следовательно, свет, попавший на них, будет отклоняться по-разному, в зависимости оттого, как сориентированы кристаллики относительно Солнца. А если учесть, что эти кристаллы могут еще и срастаться друг с другом практически бесконечным количеством способов, то неудивительно, что насчитывается множество видов гало.

Самый распространенный из них возникает, если смотреть на наше светило сквозь воздух, в котором парят хаотично ориентированые ледяные кристаллики. Проходя через них, свет может отклоняться на разные углы, но с наибольшей вероятностью это отклонение составит 22°. Поэтому вокруг Солнца возникает светящаяся окружность с угловым радиусом 22°. Если ледяные кристаллики имеют какую-то определенную ориентацию, или если в разных слоях атмосферы плотность этих кристалликов разная, возникают и другие виды гало. Бывает гало и вокруг Луны, а легче всего увидеть его морозным зимним вечером вокруг уличных фонарей. Предвидим вопрос: а что может заставить массу ледяных кристалликов, свободно парящих в небе, вдруг сориентироваться одинаковым образом? Увеличиваясь в размерах и срастаясь друг с другом, ледяные кристаллы превращаются в этаких микропарашютистов, чьи «парашюты», то есть более легкие части, разворачиваются в одну и ту же сторону под действием воздушных потоков.

АТМОСФЕРНЫЕ ФОКУСЫ

Еще одна причина, по которой солнечные лучи могут отклоняться от прямой линии, – это резкие различия температуры в слоях воздуха. Проходя через границы таких слоев, луч света искривляется, и ты видишь искаженное изображение. Такое явление называется миражом. Наверняка ты когда-нибудь сталкивался с ним во время поездки на автомобиле в жаркий солнечный день.

В такую погоду кажется, что вдалеке на дороге разлилась огромная лужа. Но стоит подъехать поближе, и лужа исчезнет… Дело в том, что тонкий приземный слой воздуха над дорогой сильно нагревается от асфальта, а вышележащий воздух оказывается значительно холоднее. Световые лучи, идущие от неба, в зоне резких перепадов температуры меняют направление, их траектория образует кривую с выпуклостью вниз, и в результате ты видишь кусочек небосвода не над линией горизонта, а ниже ее. Мозг же трактует эту картинку как более привычную для него ситуацию – отражение неба в луже на дороге.

Если же приземный слой воздуха, наоборот, намного холоднее того, что находится над ним, то траектория светового луча идет по кривой с выпуклостью вверх. В этом случае ты увидишь изображение предмета выше, чем он находится в действительности. Такое довольно часто наблюдается летом в полярных широтах, где приземный слой воздуха может быть сильно охлажден льдом или снегом. Иногда, когда изгиб световых лучей оказывается примерно таким же, как кривизна Земли, можно даже видеть объекты, расположенные за горизонтом. Впервые это явление было описано голландским мореплавателем Виллемом Баренцем в 1596 году – во время зимовки на Новой Земле он наблюдал восход Солнца после полярной ночи на целых две недели раньше, чем ожидалось по расчетам.

Как ни странно, то же самое происходит и в самых жарких районах нашей планеты – в пустынях. Если в оазисе, лежащем среди песков, есть озеро. его воды могут сильно охладить приповерхностный слой воздуха. В результате глаза измученного жаждой путника вдруг замечают, что совсем недалеко от него находится оазис с пальмами, хотя на самом деле они расположены где-то за горизонтом…