Гало, венцы и радуги
Иногда на небе, вокруг Солнца – днем, вокруг Луны – ночью, наблюдается яркий красновато-желтый круг. Значительно реже наблюдается и второй круг, охватывающий первый с диаметром в два раза больше. В верхней части кругов образуются яркие, так называемые касательные дуги с концами, повернутыми вверх. Возле малого круга, справа и слева от светил, на одной и той же с ними высоте над горизонтом появляются яркие пятна. Днем они достигают такой яркости, что создается иллюзия трех Солнц на небе. Это хорошо известные в атмосферной оптике «ложные солнца». Возле Луны точно так же возникают «ложные луны», но они имеют значительно меньшую яркость, чем «ложные солнца».
Порой в холодную погоду при заходе или восходе Солнца вертикально над ним появляется яркий светлый столб. Солнце и Луна восходят со светлыми дополнениями, или, как говорят, с ушами. Если одновременно видны все перечисленные детали – оба кольца, «ложные солнца», дуги, уши и крест,– на небе наблюдается исключительно красивая картина. Все явление в целом или отдельные его детали, особенно круги вокруг Солнца и Луны, называют галосами, или гало.
Суеверные люди воспринимали появление ярких колец, особенно креста на небе, как «небесное знамение» – божественное предзнаменование грядущих грозных событий: засухи, неурожая, эпидемии, войны и т. п.
Описания подобных «чудесных» явлений на небе занимают большое место в летописях различных народов. В одной из русских летописей 1092 г. есть запись: «... се же лета бысть знамение на небеси, яко круг посреди неба бысть велик, лето же то бяше ведряно вельми, яко земля отгораше, многие боры и болота возгоряхуся, много же знамения по земле бываху».
Появление гало на небе связано с преломлением лучей света в ледяных кристаллах – главным образом тех, которые образуют высокие ледяные перисто-слоистые облака. Чаще всего гало наблюдается в виде светлого круга с угловым радиусом 22°, описанного вокруг солнечного или лунного диска. Круг наиболее ярок с внутренней стороны, где он имеет красноватый цвет и четко очерчен. По направлению к внешней стороне цвета чередуются следующим образом: желтый, зеленый, голубой с постепенным уменьшением яркости.
Гало чаще всего наблюдаются тогда, когда после нескольких дней хорошей погоды атмосферное давление падает и начинает дуть южный ветер.
На западе появляются высокие облака – быстрые и прозрачные. Вскоре небо становится белесым, кажется, что Солнце светит сквозь матовое стекло, очертания его делаются расплывчатыми, тени исчезают. В это время вокруг Солнца может возникнуть яркое полное гало – признак предстоящего ухудшения погоды, так как гало возникает на переднем крае обширной облачной системы – облаков теплого фронта, из которых выпадают осадки.
Что мы знаем о венцах гало
Своей симметрией и окраской гало обязано правильной форме шестигранных кристаллов льда, хаотично плавающих в облаке. Каждая шестигранная призма преломляет лучи света так, как если бы она имела преломляющий угол в 60°. Лучи входят через одну боковую грань кристалла и выходят через другую. Падая, кристаллы вращаются вокруг своей оси. При этом наиболее освещенными будут казаться те из них, которые находятся в положении, дающем наименьшее отклонение проходящим сквозь них лучам света, которые не только преломляются, но и разлагаются на цветные благодаря различным углам преломления света. Поэтому гало и окрашено в цвета радуги.
Если же кристаллы, образующие облако, расположены в нем не хаотично, а имеют определенное положение, то вне малого гало (круга с угловым радиусом 22°) возникают вариации яркости облачной пелены, на ней появляются световые пятна и дуги, а на малом гало – «ложные солнца», красные с внутреннего края, обращенного к истинному источнику света – Солнцу,– и синевато-белые – у наружного края гало.
Гало с угловым радиусом 46° встречается довольно редко, чаще видны лишь отдельные его дуги. Бывает также эллиптическое гало с малой вертикальной осью, совпадающей с вертикальным диаметром гало, угловой радиус которого равен 22°.
Многообразие форм кристаллов льда в облаках, закрывающих от нас светило, определяет собой и многообразие сочетаний гало (малый круг с различными дугами, световыми столбами, крестами и т. п.).
Бывает гало в виде круга на снегу, которое напоминает «дорожку счастья» – светлое пятно или полосу на водной поверхности под заходящим или восходящим Солнцем или Луной.
Другое оптическое явление в атмосфере, возникающее на тонких, чаще всего высококучевых облаках, называемое венцом, представляет собой светлый цветной ореол вокруг светила, причем цвета в нем чередуются от внутреннего голубого к внешнему красному, в свою очередь окруженному двумя или тремя радужными кольцами с таким же чередованием цветов. Всякий раз когда тонкое облако закрывает Луну или Солнце, вокруг них возникают венцы.
В окружающем Луну венце непосредственно к лунному диску примыкает синеватая кайма, переходящая в желтоватобелую кайму с коричневым краем. Размеры и яркость венцов зависят от размеров облачных частиц. Размеры венцов изменяются в широких пределах – от долей градуса до 13°. Радиусы венцов обратно пропорциональны размерам облачных частиц. Очень красивые венцы возникают на высококучевых – с чистыми световыми оттенками – и реже перистых облаках. Наблюдаются они вокруг Венеры, Юпитера и ярких звезд.
Венцы образуются в результате диффракции лучей света на частичках облака при отклонении их во время прохождения сквозь сетку из водяных капелек или кристаллов льда. С самолета их можно наблюдать на вновь формирующихся облаках. Венец – это признак «молодости» облака.
Венцы вокруг светил или огней аналогичны радужным кругам вокруг пятен масла на воде. Их можно увидеть вокруг электрической лампочки в жарко натопленной бане, а также на клочьях тумана.
Иногда наблюдаются очень большие венцы вокруг Солнца, радиусами 22° и шириной около 10°. Их называют также кольцами Бишопа, и наблюдаются они после мощных вулканических извержений, когда вулканические газы, поднимаясь на большую высоту в атмосферу, замерзают и кристаллизуются там. Огромные венцы наблюдались на всем земном шаре в 1883 г., когда произошло сильнейшее извержение вулкана Кракатау.
Одним из наиболее известных и распространенных в природе атмосферных оптических явлений является радуга. Она наблюдается с противоположной Солнцу стороны горизонта на фоне облаков, из которых идет дождь, когда солнечные лучи освещают завесу дождя. Последовательность цветов радуги такая же, как и в солнечном спектре. Наружный край ее красный, затем следует оранжевый, желтый, голубой и синий цвета, внутренний край – фиолетовый.
Внутри большой радуги иногда видна радуга меньшего размера – вторичная радуга. Ширина полосы радуги все время изменяется и неодинакова по дуге. Яркость каждой из цветных полос тоже не постоянна. При очень низком Солнце все цвета радуги исчезают, остаются лишь красные. Такая красная радуга может быть видна спустя даже 10 мин. после захода Солнца.
Радуга бывает высокой при низком Солнце и низкой – при высоком. С увеличением высоты Солнца радуга как бы опускается вниз к горизонту. При высоте Солнца 42° она исчезает. Как образуется радуга
В горах и вне атмосферы с космического корабля иногда удается наблюдать радугу в виде почти полной окружности. Ее можно увидеть на брызгах фонтана, освещенного солнцем, и на капельках висящей над водопадом водяной пыли, и на обрезе толстого стекла, и на стеклянных подвесках люстр.
Радуга – признак уходящего дождя, если она наблюдается на востоке после полудня при западном ветре или на западе до полудня при восточном ветре. Поэтому справедливы народные приметы: «радуга – знак скорого вёдра», «радуга ушат воды выпила».
Значительно реже наблюдаются другие типы радуг: радуга с угловым радиусом 52°, которая характеризуется обратным распределением цветов; белая (или туманная) радуга образуется на мелких капельках тумана и наблюдается в виде широкой светлой дуги, слабо окрашенной с внутренней стороны в фиолетовый или голубой цвет, а с наружной – в красный или оранжевый; лунная радуга образуется лунным светом и отличается слабой окраской.
Древние греки считали радугу улыбкой богини Ириды – провозвестницей мира между небом и землей, так как радуга соединяла небо и землю. Ириду изображали в виде крылатой девушки с кружкой в руке, которой она, якобы, доставляла воду облакам. Индусы верили, что бог света Индра, после яростной схватки победивший духов тьмы, вешает свое яркое оружие на радугу, оттого она так красива.
Первая теория радуги была предложена в 1637 г. французским ученым Р. Декартом. И. Ньютон дал более точную теорию радуги.
Явление радуги вызывается преломлением, отражением и дифракцией лучей света в водяных каплях. Параллельные солнечные лучи, попадая в каплю, преломляются в ней и затем многократно отражаются от ее внутренней поверхности. Каждый луч белого цвета выходит из капли уже как пучок разноцветных лучей. Лучи разных цветов преломляются под разными углами, поэтому от каждой капли в глаз наблюдателя может попасть только один какой-либо цветной луч.
Гроза и молния возникают под действием электрического разряда
Что такое гроза – знают все. Это буйство ветра и воды, усиленное раскатами грома и ослепительными вспышками молний, запоминается надолго. Молния, пожалуй, самая примечательная часть любой грозы, представляет собой видимый электрический разряд между противоположными по заряду облаками или между облаком и землей.
Природа обычной, т. е. линейной, молнии хорошо изучена. Кратко напомним некоторые ее физические свойства. Электрический разряд является, по сути дела, пробоем в аэрозоле и начинается при напряженности электрического поля в десятки и сотни мегавольт. При пробое возникает электрический ток, сила которого доходит до десятков тысяч ампер. В короткое время выделяется огромная энергия, часть которой превращается в свет и тепло. Заряженные частицы двигаются в канале молнии ступеньками, причем длина каждого прямолинейного отрезка не превышает 10–100 м, а скорость их движения в начале пробоя достигает 100 км/с. Человеческий глаз не в состоянии зафиксировать отдельные фазы возникновения и движения электрического разряда. Поэтому нам кажется, что витиеватый узор молнии появляется на небе мгновенно.
Средняя энергия одной линейной молнии составляет 108 – 109 джоулей. Часть этой большой энергии идет на нагревание и ионизацию воздуха вдоль канала разряда. Нагретый до больших температур газ мгновенно расширяется, что приводит к появлению звуковой волны, распространяющейся во все стороны со скоростью около 340 м/с. Разряды молнии и звуки грома могут быть увидены и услышаны за десятки километров, а ночные всполохи молний - даже за сотни.
Близкая гроза с частыми вспышками молний и резкими, «сухими» ударами грома оказывает сильное влияние на эмоциональное состояние человека. Неудивительно поэтому, что сознание древних людей, ничего не знавших об истинных причинах молний и грома, связывало эти явления с действиями божественных сил. В языческих религиях многих народов мира было божество, бог или даже верховный бог (например, Перун у славян или Зевс у греков), которому подчинялась гроза со всеми ее атрибутами. Наши предки верили, что Перун – создатель молнии и повелитель грома – должен быть владыкой и всех остальных вещей. В Киеве и Новгороде стояли деревянные идолы, изображавшие его с громовым камнем в руке.
Впоследствии христианская религия заменила языческого бога грома Ильей Пророком, но суть отношения к грому и молнии не изменилась. Они по-прежнему считались проявлением божественной воли, карающей ослушников. Однако если следовать этой логике, то получалось, что самые отъявленные грешники – церковные звонари, ибо, как сообщает журнал «Наука и религия», в одной только средневековой Германии за тридцатилетний период от удара молний погибло около 120 звонарей. Согласно епископскому предписанию во время гроз и бурь надлежало «звонить во все колокола». Так жизнь и здоровье звонарей, исполнявших свои обязанности в наиболее подверженных ударам молний местах, были поставлены под угрозу неразумным распоряжением епископа.
Связь нечистой силы с грозой и молниейС молнией связано много своеобразных поверий, обрядов, легенд. Причем отношение у разных народов к молнии двоякое. В одних случаях она считается божественным огнем, и все, что с ней связано, освящается. В других случаях молнию и гром прогоняют, как прогоняют злых духов. Так, например, некоторые южно-африканские племена еще в прошлом веке ждали счастливого случая, когда от удара молнии загорится какое-нибудь дерево. После этого очаги во всех хижинах тушились, и вождь племени за определенную мзду разносил огонь от зажженного дерева по жилищам, внося, таким образом, в каждую семью силу небесного бога. Считалось, что дерево зажег сошедший с неба бог, принявший вид огненного копья. У некоторых племен Южной Америки животное, убитое молнией, считалось священным и употреблять его в пищу могли только высокопоставленные члены общества.
С другой стороны, кайаны с острова Борнео во время сильной грозы вытаскивали мечи из ножен и размахивали ими над головой, отпугивая демона бури.
Среди некоторых народов Европы бытовало поверье, что причиной грозы и молнии является «нечистая сила», ведьмы. Поэтому до начала нашего века дожил обычай класть в очаг так называемое «святочное полено», как только поблизости начиналась гроза. Святочное полено – это обгоревшая головешка или часть бревна, сожженная в праздничном костре накануне рождества. Оно хранилось в жилищах весь год до следующего рождественского костра. Считалось, что молния не ударит в дом, где горит святочное полено, что святой огонь предохраняет от огня нечистого, злого.
Критиковать эти и другие сходные с ними обычаи сегодня бессмысленно. Их бесполезность очевидна. Сегодня каждый школьник знает, что лучше всех оберегов, обрядов и заклинаний от удара молнии предохраняет кусок заземленной металлической проволоки – громоотвод. Но это действенное средство вошло в наш быт только после того, как наука изучила свойства молнии и нашла от нее защиту.
К таинственным и удивительным свойствам молнии не раз прибегали известные писатели, включая их в сюжет повествования. Так, например, в двух небольших рассказах советского писателя А. С. Грина молния является как бы одушевленным действующим лицом. В первом рассказе – «Редкий фотографический аппарат» – сильный разряд молнии зафиксировал на теле преступника обстоятельства совершения убийства, благодаря чему злодей был вскорости уличен. В другом рассказе – «Белый шар» – в момент наивысшего обострения отношений при споре двух героев в комнату влетает шаровая молния. Ее неожиданное появление помогает одному из них выбраться из сложной жизненной ситуации.
Разумеется, сюжеты этих произведений выдуманы писателем и наделение молний качеством осознанного поведения, имеющего цель восстановить справедливость,– не более чем оригинальный художественный прием. Однако в основу сюжета могли лечь действительные события. Так, один из исследователей творчества писателя считает, что стержнем рассказа «Белый шар» является случай, описанный в книге К. Фламмариона «Атмосфера», которую читал А. С. Грин: «9 октября 1885 года, в восемь часов двадцать минут вечера, при сильной грозе, в Константинополе, в одном доме, занимаемом семьей, которая обедала в нижнем этаже, вдруг появился огненный шар величиной с яблоко, проникший сквозь открытое окно. Этот шар коснулся газового рожка, затем подлетел к столу, прошел между двумя сидевшими за ним лицами, поднялся к центральной лампе, обошел вокруг нее и наконец стремительно выбросился в окно, на улицу, где и треснул со страшным шумом, ничему и никому никакого вреда не причинив и ни малейшего запаха не оставив». По материалам книги Пугач А.Ф.; Чурюмов К.И. Небо без чудес, Издательство: К.: Политиздат, 1987 год
|
