Светлые кольца вокруг Солнца или Луны, цветные дуги после дождя и яркие пятна по сторонам солнечного диска часто называют одним словом — «гало». Это удобно в разговоре, но неточно: похожие на первый взгляд картины возникают разными способами. Одни связаны с преломлением света в ледяных кристаллах, другие — с его рассеянием на водяных каплях. Если понять, где именно находится источник света и как устроены кольца или дуги, многие атмосферные явления можно различить без специальных приборов.
В этой статье речь пойдёт о трёх явлениях, которые особенно легко перепутать: гало, венце и радуге. Их сравнение помогает понять не только устройство оптики атмосферы, но и её ограничения: по одному эффекту нельзя точно определить состав облака, расстояние до него или будущую погоду. Угловые размеры здесь важнее привычных линейных расстояний, поэтому наблюдение лучше начинать с геометрии картины.
- Почему атмосферные явления образуют кольца и дуги
- Гало: свет в ледяных кристаллах
- Что такое паргелии
- Венец: цветные кольца возле светила
- Радуга: капли дождя и направление на Солнце
- Как быстро отличить одно явление от другого
- Что эти явления не позволяют установить
- Частые вопросы
- Гало и венец — это одно и то же?
- Почему радуга появляется напротив Солнца?
- Можно ли по гало предсказать дождь?
- Как безопасно наблюдать гало вокруг Солнца?
Почему атмосферные явления образуют кольца и дуги
Свет распространяется через воздух и встречает в нём неоднородности: капли воды, кристаллы льда и мелкие частицы. На границе воздуха и воды или льда луч может преломиться, отразиться либо изменить направление вследствие дифракции. То, что увидит наблюдатель, зависит от формы и размера частиц, направления солнечных лучей и положения наблюдателя относительно источника света.
Кольцо вокруг Солнца не обязательно означает, что в небе есть физический круглый объект. Обычно это результат того, что свет от множества частиц приходит к глазу под сходными углами. Радуга тоже не находится на определённом участке облака: её положение связано с направлением на Солнце и с тем, где находится наблюдатель.
Поэтому при описании полезно различать угловое расстояние и обычную дистанцию. Например, «кольцо радиусом около 22 градусов» означает угол между направлением на светило и видимой частью кольца, а не расстояние до него в километрах. У разных наблюдателей, стоящих рядом, картина может немного различаться, особенно если речь идёт о радуге.
Гало: свет в ледяных кристаллах
Гало — группа оптических явлений, связанных главным образом с преломлением и отражением света в ледяных кристаллах. Такие кристаллы встречаются в перистых и других высоких облаках, а иногда — в ледяных туманах. Наиболее известный вид — светлое кольцо вокруг Солнца или Луны примерно на угловом расстоянии 22 градусов.
Шестиугольные кристаллы льда могут иметь форму столбиков или тонких пластинок. Когда луч проходит через определённые грани такого кристалла, он отклоняется; для распространённой конфигурации характерен минимум отклонения около 22 градусов. Из-за множества кристаллов и разных направлений их расположения наблюдатель обычно видит не отдельные лучи, а кольцо или его фрагменты.
Кольцо на расстоянии около 46 градусов от Солнца тоже относится к гало, но встречается реже и обычно выглядит шире и слабее. Его нельзя смешивать с венцом: венец располагается намного ближе к светилу и возникает по другому физическому механизму. В реальном небе яркость и чёткость гало зависят от облачности и свойств кристаллов, поэтому кольцо нередко видно лишь частично.
Что такое паргелии
Яркие пятна по обе стороны от Солнца могут быть паргелиями — их также называют ложными солнцами. Они связаны с преломлением света в ориентированных ледяных кристаллах и часто располагаются примерно на уровне Солнца, по сторонам от него. Паргелии могут быть заметны возле 22-градусного гало, но сами по себе не являются двумя дополнительными Солнцами или отдельными источниками света.
Наблюдать такие эффекты следует осторожно: нельзя смотреть прямо на Солнце, пытаясь найти кольцо или паргелии. Безопаснее закрыть солнечный диск краем здания, деревом или другим непрозрачным предметом и смотреть на освещённую часть неба сбоку. Даже короткий взгляд на яркое Солнце может повредить зрение.
Венец: цветные кольца возле светила
Венец — небольшие цветные кольца или дуги вокруг Солнца либо Луны. В отличие от гало, он обычно расположен близко к диску источника света. Венцы возникают преимущественно из-за дифракции света на мелких водяных каплях или кристаллах, размеры и распределение которых влияют на рисунок.
Для венца характерны голубоватые оттенки ближе к источнику и красноватые — на внешней стороне цветных колец, хотя в реальном наблюдении цвета могут быть слабыми или неразличимыми. Часто виден только белёсый ореол: на него влияют контраст, яркость источника, облачность и особенности зрения наблюдателя. Если капли в облаке имеют сравнительно однородный размер, рисунок может выглядеть более регулярным.
Размер венца нельзя считать постоянной величиной вроде 22-градусного гало. В общем случае более мелкие капли дают более широкий дифракционный рисунок, а изменение состава и размеров частиц меняет его вид. Поэтому по ширине одного венца не следует делать точный вывод о размере капель: для этого потребовались бы измерения и дополнительные сведения об облаке.
Радуга: капли дождя и направление на Солнце
Радуга возникает, когда солнечный свет преломляется при входе в каплю воды, отражается внутри неё и преломляется при выходе. Разные длины волн отклоняются неодинаково, поэтому белый солнечный свет разделяется на цвета. В первичной радуге красная полоса находится с внешней стороны дуги, а фиолетовая — с внутренней.
Первичная радуга наблюдается примерно под углом 42 градуса от точки, противоположной Солнцу, которую называют антисолнечной. Это ориентир, а не неизменный размер всей видимой дуги: её часть может скрывать горизонт, а форма и положение зависят от высоты Солнца и положения наблюдателя. Когда Солнце высоко, радуга обычно видна ниже; с земли она чаще выглядит дугой, а не полной окружностью.
Вторичная радуга появляется благодаря двум внутренним отражениям света в каплях. Она обычно слабее первичной, расположена снаружи от неё и имеет обратный порядок цветов: красный оказывается ближе к внутренней стороне, фиолетовый — к внешней. Между двумя радугами иногда заметна более тёмная область, но её выраженность зависит от условий и не всегда очевидна.
Радуга не является предметом, к которому можно приблизиться: при перемещении наблюдателя меняются капли, от которых свет попадает в глаз под нужным углом. Поэтому два человека могут видеть радуги, связанные с разными наборами капель. Это также объясняет, почему радугу нельзя «достать» в определённой точке местности.
Как быстро отличить одно явление от другого
Начните с расстояния от Солнца или Луны, но не смотрите непосредственно на Солнце. Большое бледное кольцо примерно в 22 градуса указывает на гало; небольшие цветные кольца вплотную к светилу — на венец. Цветная дуга в стороне от Солнца, обычно напротив него и на фоне дождя, — вероятнее всего радуга.
| Явление | Основной механизм | Где искать | Характерный признак |
|---|---|---|---|
| Гало 22° | Преломление в ледяных кристаллах | Вокруг Солнца или Луны | Большое бледное кольцо |
| Венец | Дифракция на мелких частицах | Близко к Солнцу или Луне | Небольшие цветные кольца |
| Радуга | Преломление и внутреннее отражение в каплях воды | Противоположно Солнцу | Цветная дуга на фоне дождя |
| Паргелий | Преломление в ориентированных ледяных кристаллах | По сторонам от Солнца | Яркое пятно примерно на высоте светила |
Таблица даёт ориентиры, но не заменяет внимательного наблюдения. Тонкие облака могут скрывать часть гало, венец бывает почти бесцветным, а отдельные дуги и световые пятна — фрагментами более сложных оптических картин. Если явление необычно, полезно записать время, состояние неба и положение светила, не подвергая глаза прямому солнечному свету.
Что эти явления не позволяют установить
Гало иногда появляется перед изменением погоды, поскольку высокие облака могут быть частью облачной системы, связанной с приближением фронта. Однако одно кольцо не даёт надёжного прогноза: облачность может развиваться по-разному, а условия зависят от региона и времени. Наличие гало само по себе не доказывает, что вскоре начнутся дождь или снег.
По виду кольца также нельзя безошибочно определить высоту облака, точный размер кристаллов или температуру воздуха. Для этого нужны измерения и метеорологические данные, а не только зрительное впечатление. Наблюдение полезно как описание происходящего в атмосфере, но оно не заменяет прогноз погоды и приборные методы исследования.
Наконец, цвет и яркость — субъективные признаки. На них влияют освещение, прозрачность воздуха, контраст с облаками и индивидуальное восприятие. Если два наблюдателя по-разному описывают оттенки, это не обязательно означает, что один из них ошибается; надёжнее сопоставлять геометрию явления и условия его появления.
Частые вопросы
Гало и венец — это одно и то же?
Нет. Гало обычно связано с ледяными кристаллами и может образовывать большое кольцо примерно в 22 градуса от светила. Венец возникает главным образом из-за дифракции на мелких частицах и выглядит как более тесные цветные кольца рядом с Солнцем или Луной.
Почему радуга появляется напротив Солнца?
Луч света проходит через капли дождя и после преломления и внутреннего отражения направляется к наблюдателю под определёнными углами. Поэтому радугу ищут в направлении, противоположном Солнцу. При перемещении наблюдателя меняется и набор капель, формирующих видимую дугу.
Можно ли по гало предсказать дождь?
Надёжно — нет. Гало может сопровождать высокую облачность, которая иногда связана с изменением погоды, но само по себе не определяет, когда и будет ли дождь. Для прогноза используют совокупность наблюдений и метеорологических данных.
Как безопасно наблюдать гало вокруг Солнца?
Не смотрите на солнечный диск и не используйте оптические приборы, направленные на Солнце. Закройте диск непрозрачным предметом и наблюдайте за участком неба вокруг него сбоку. Если появляется дискомфорт или временное пятно в поле зрения, прекратите наблюдение.
