У неба есть привычные оптические правила: радуга появляется напротив Солнца, вокруг светила иногда виден круг, а облака выглядят окрашенными его лучами. Но при особом сочетании влажности, положения Солнца, формы кристаллов льда и прозрачности воздуха возникают картины, которые кажутся исключениями. Одни из них действительно требуют редких условий, другие встречаются регулярно, но их легко не заметить или принять за нечто иное.
Важно различать редкость самого явления и редкость удачного наблюдения. Гало, например, может появляться при подходящих облаках, но его не всегда видно из-за сплошной облачности или городской дымки. Зелёный луч длится недолго и виден только у горизонта, а спрайты возникают высоко над грозами и обычно остаются незамеченными людьми на земле. Разобраться в причинах проще, если смотреть не только на цвет и форму, но и на источник света и состояние атмосферы.
- Почему атмосфера создаёт оптические исключения
- Редкие варианты знакомых оптических явлений
- Белая радуга в тумане
- Зелёный луч у горизонта
- Гало и солнечные собаки
- Околозенитная и окологоризонтальная дуги
- Сравнение явлений и условий наблюдения
- Не только свет: спрайты над грозами
- Как повысить шансы на наблюдение
- Частые вопросы
- Почему белая радуга почти не имеет цветов?
- Можно ли предсказать зелёный луч по ясному прогнозу?
- Гало означает, что скоро пойдёт дождь?
- Почему окологоризонтальную дугу нельзя увидеть в любое время года?
- Главное
Почему атмосфера создаёт оптические исключения
Свет меняет направление, когда проходит через слои воздуха разной плотности или попадает в капли воды и кристаллы льда. Вода способна преломлять, отражать и рассеивать солнечные лучи, а ледяные кристаллы действуют как крошечные призмы с определённой геометрией. Поэтому похожие на дугу или кольцо формы могут иметь совершенно разные причины. Важны не только состав облака, но также размер и ориентация частиц.
Наблюдателю тоже отведена роль. Радуга — не предмет, расположенный в одном конкретном месте: видимый рисунок зависит от положения Солнца, капель и самого человека. При перемещении наблюдателя меняется и набор капель, от которых приходит свет. С гало ситуация иная: его отдельные участки формируют кристаллы льда, ориентированные подходящим образом, а видимая геометрия привязана к положению Солнца или Луны.
Редкие варианты знакомых оптических явлений
Белая радуга в тумане
Туманная, или белая, радуга возникает, когда солнечный свет проходит через очень мелкие капли воды в тумане или облаке. В отличие от обычной дождевой радуги, её цвета часто сливаются: дифракция света на небольших каплях расширяет цветные полосы, и они перекрываются. В результате дуга выглядит почти белой, хотя у её краёв могут быть едва заметны красноватый и голубоватый оттенки. Это не отражение Луны и не самостоятельный вид свечения, а оптический эффект, связанный с каплями воды.
Увидеть такую дугу можно, когда Солнце находится позади наблюдателя, а перед ним — туман или облачный склон. Она нередко выглядит шире и менее контрастно, чем привычная радуга после дождя. Иногда внутри белой дуги заметны слабые цветные полосы — их называют дополнительными дугами. Наблюдение зависит от размера капель и контраста, поэтому фотография может передать оттенки заметнее, чем глаз.
Зелёный луч у горизонта
Зелёный луч — краткое зеленоватое свечение верхнего края солнечного диска около момента заката или восхода. У горизонта свет проходит через более толстый слой атмосферы, чем высоко в небе. Преломление и атмосферная дисперсия немного по-разному меняют направление лучей разных цветов; при подходящих условиях зелёная часть изображения на короткое время становится различимой над краем диска. Это не отдельный луч, который вылетает из Солнца, а зрительное проявление атмосферного преломления.
Для наблюдения нужны открытый, относительно чистый горизонт и спокойное внимание к последним мгновениям захода. Миражи и температурные слои воздуха у поверхности могут менять форму диска и усиливать или ослаблять эффект. Поэтому зелёный луч не гарантирован даже в ясную погоду. Смотреть на Солнце опасно: нельзя использовать оптические приборы без специального солнечного фильтра, а наблюдение через камеру или бинокль может повредить зрение.
Гало и солнечные собаки
Кольцо гало чаще всего образуется вокруг Солнца или Луны, когда свет преломляется в ледяных кристаллах перистых облаков. Один из распространённых вариантов — гало с угловым радиусом около 22 градусов: это означает, что видимый круг отстоит от светила примерно на такой угол, а не находится на фиксированном расстоянии в километрах. Иногда по сторонам от Солнца появляются яркие пятна — паргелии, или солнечные собаки. Их формируют кристаллы, ориентированные преимущественно горизонтально.
Гало может подсказать, что в верхних слоях атмосферы присутствуют ледяные облака, но само по себе не позволяет точно предсказать, когда начнутся осадки. Вид кольца бывает неполным: ярче могут светиться лишь отдельные дуги или боковые пятна. Лунное гало тоже возможно, хотя из-за слабого света Луны цветные детали обычно менее заметны. Не следует путать гало с короной: короны возникают из-за дифракции на мелких каплях или кристаллах и выглядят как небольшие цветные кольца непосредственно вокруг светила.
Околозенитная и окологоризонтальная дуги
Некоторые дуги появляются не вокруг Солнца, а в стороне от него. Околозенитная дуга расположена высоко в небе и часто напоминает перевёрнутую радугу: цветной изгиб находится над Солнцем, ближе к зениту. Её создаёт преломление света в плоских ледяных кристаллах, обычно ориентированных горизонтально. Она может быть яркой и насыщенной, но для её появления нужны подходящие кристаллы и положение светила.
Окологоризонтальная дуга — широкая цветная полоса, которая может появиться ниже Солнца, иногда над горизонтом. Для её возникновения Солнце должно подняться достаточно высоко: ориентировочно выше 58 градусов над горизонтом, хотя точное условие зависит от оптической геометрии и цвета света. Этот порог объясняет, почему явление чаще связывают с высоко стоящим летним Солнцем в средних широтах и почему его нельзя ожидать у горизонта. В отличие от радуги, дуга связана с ледяными кристаллами облаков, а не с дождевыми каплями.
Сравнение явлений и условий наблюдения
| Явление | Что рассеивает или преломляет свет | Где искать | Характерное условие |
|---|---|---|---|
| Белая радуга | Мелкие капли воды | Напротив Солнца, перед туманом | Туман или облако и солнечный свет позади наблюдателя |
| Зелёный луч | Слои атмосферы у горизонта | На верхнем крае Солнца | Чистый открытый горизонт на восходе или закате |
| Гало и паргелии | Ледяные кристаллы облаков | Вокруг Солнца или по бокам от него | Тонкие облака с подходящей ориентацией кристаллов |
| Околозенитная дуга | Плоские ледяные кристаллы | Высоко над Солнцем | Подходящее положение и ориентация кристаллов |
| Окологоризонтальная дуга | Ледяные кристаллы | Ниже Солнца | Солнце высоко, ориентировочно выше 58° |
Не только свет: спрайты над грозами
Спрайты отличаются от перечисленных явлений тем, что связаны не с преломлением солнечного света, а с электрическими процессами в атмосфере. Это кратковременные вспышки над грозовыми облаками, возникающие высоко над ними в мезосфере. Обычно они имеют красноватую окраску, могут вытягиваться на десятки километров и наблюдаются очень недолго. Поэтому их легче зафиксировать камерой, направленной на далёкий горизонт, чем увидеть случайно.
Спрайт не следует путать с молнией, которая идёт от облака к земле или между облаками. Он появляется выше грозовой системы и связан с мощным электрическим разрядом в нижней атмосфере. Подобные кратковременные свечения относят к переходным световым явлениям над грозами; к той же широкой группе относятся и другие формы разряда, но у каждой свои условия и внешний вид. Наблюдать их безопаснее с большого расстояния, не приближаясь к грозовой зоне.
Как повысить шансы на наблюдение
- Сначала оцените положение Солнца. Для обычной радуги и белой туманной дуги оно должно быть позади наблюдателя; гало и ледяные дуги ищут относительно самого светила.
- Учитывайте тип облаков. Тонкие высокие облака могут содержать кристаллы льда, а туман и дождевые завесы — капли воды. По одному внешнему признаку облака определить конкретное явление нельзя.
- Выберите безопасное место. Не смотрите на Солнце через бинокль, телескоп или объектив без надлежащего солнечного фильтра. Для наблюдения заката выбирайте точку, где горизонт открыт, но не нужно выходить на проезжую часть, край обрыва или незащищённый берег.
- Фиксируйте условия. Запишите время, направление взгляда, высоту Солнца, наличие тумана или тонких облаков. Такие заметки помогают отличить похожие эффекты и проверить наблюдение по геометрии неба.
Фотография полезна, но не всегда показывает явление так, как его видел глаз. Автоматическая экспозиция и усиление цвета могут сделать слабые оттенки заметнее, а отражение в объективе — создать ложные пятна или дуги. Если форма меняется при повороте камеры, проверьте, не вызвана ли она бликом. Для надёжного описания лучше сопоставить снимок с положением Солнца и погодными условиями, а не опираться только на яркость изображения.
Частые вопросы
Почему белая радуга почти не имеет цветов?
Её создают мелкие капли воды, на которых цветные составляющие света рассеиваются и перекрываются. Поэтому отдельные полосы теряют контраст, и дуга кажется белой. При благоприятном освещении на краях всё же могут проступать слабые цвета.
Можно ли предсказать зелёный луч по ясному прогнозу?
Нет: ясное небо помогает видеть горизонт, но не гарантирует нужной прозрачности и распределения воздуха у поверхности. На результат влияют дымка, слои разной температуры и рельеф горизонта. Даже при хороших условиях эффект краток и может остаться незамеченным.
Гало означает, что скоро пойдёт дождь?
Само гало — оптический эффект ледяных кристаллов, а не точный прогноз погоды. Оно говорит о наличии подходящих облаков в верхней атмосфере, но по одному кольцу нельзя надёжно определить время и вероятность осадков.
Почему окологоризонтальную дугу нельзя увидеть в любое время года?
Для неё Солнце должно быть высоко над горизонтом — ориентировочно выше 58 градусов. В некоторых широтах такое положение достигается лишь в определённый сезон и около середины дня. Даже тогда необходимы подходящие ледяные кристаллы и ясный обзор.
Главное
Необычная форма неба обычно объясняется сочетанием геометрии и состояния атмосферы, а не нарушением законов природы. Белая радуга связана с мелкими каплями, гало и цветные дуги — с ледяными кристаллами, зелёный луч — с преломлением света у горизонта, а спрайты — с электрическими разрядами над грозами. Для наблюдателя важнее всего определить, где находится источник света, какие частицы есть в воздухе и под каким углом они взаимодействуют. Эти условия объясняют, почему редкие картины возникают не по расписанию и почему похожие на вид явления могут иметь разные причины.
