Эффект Гало
Всем привет. Знаю, что этот эффект давно известен. Но в реальности своими глазами увидел впервые.
Небольшая заметка о сути явления:
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
Что такое солнечное 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.
masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
Гало (в переводе с древне-греческого — круг, диск; также аура, нимб, ореол) — оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света. Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни.
Существует множество типов гало, и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5 — 10 км в верхних слоях тропосферы. Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отраженный и преломленный ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу.
Эти оптические явления природы хорошо известны метеорологам, описаны в метеорологических учебниках и методических инструкциях для метеорологов-наблюдателей метеорологических станций всего мира, их регистрируют и иногда (при необычности явления) как зарисовывают, так и фотографируют.
Но раньше, в прошлые века, когда люди не знали физику образования этого оптического явления, оно обычно вызывал не только изумление и восхищение, но и религиозный ужас и воспринималось обычно как неведомое «небесное знамение», обычно не предвещавшее «ничего хорошего», в особенности вызывал панику вид «светового креста» на небосводе! Даже сейчас, когда эти оптические явления описаны в энциклопедиях и учебниках географии и природоведения, люди, часто видя их продолжают изумляться и даже пытаются «объяснить» из возникновение действием «потусторонних сил», «внеземных» и «параллельных» миров, такие странные «объяснения» этих известных оптических явлений можно встретить в описаниях и в брошюрах УФО-логов!
А вот еще бывает такое:
Кликабельно 3000 рх
Зодиакальный свет — слабое свечение, наблюдающееся вскоре после захода или перед восходом Солнца (сразу по окончании или непосредственно перед началом астрономических сумерек).
Вот еще интересное явление: Световые столбы. Давайте еще вспомним какие нибудь интересные природные явления: вот например Полярное, оно же северное сияние. Напомню вам еще про такие явления, как Ледяной палец смерти.
Кольцо вокруг солнца что это за явление
Гало от фотографа Juan Miguel Castillo Navarro из Мексики
Гало – это живописный диск, яркий ореол или светящийся круг, образованный около мощного источника света оптическими свойствами атмосферных ледовых микрочастиц.
Общие сведения
Преломление света на ледяных кристаллах
Гало рождается при преломлении света кристаллами льда, возникшими в перистых облаках или низких слоях атмосферы. Эти замерзшие частицы различаются по форме и способу перемещения в воздухе. Они могут парить, медленно опускаться или кружиться. Вид оптического явления зависит от конфигурации элементов и их расположения. Играющая светом иллюзия схожа по механизму возникновения с радугой, но вместо капель воды в ней отражателями выступают кристаллы льда. Астроном из Голландии Марсел Миннарт внес особенный вклад в исследование явлений этой категории. Он посвятил много времени работе по изучению взаимодействия света и атмосферы, систематизации гало.
Почему появляются световые кольца?
Преломление света приводит к его разделению на спектры, и круг окрашивается как радуга, но с меньшим количеством цветов. К ярким видам оптического явления относятся паргелий, представляющий собой радужное пятно, и зенитная дуга, которая встречается в редких случаях и выглядит как перевернутая радуга.
Наблюдение и классификация разных видов гало
Солнечное гало над заснеженным озером
Самая распространенная форма гало – это светящийся круг с угловым радиусом в 22° и центром на солнечном или лунном диске. Оно возникает из-за преломления лучей в боковых гранях кристаллов. Малое гало слабо окрашено. В основном, это красный и оранжевый цвет. Большое гало, с радиусом около 46°, встречается редко, примерно, раз в год. Оно имеет красный оттенок с внутренней стороны, а его касательные дуги расцвечены полноценно. Еще реже можно заметить гало 90°, которое образует слабо светящийся круг, имеющий общий центр с меньшими кольцами.
Паргелий или ложное Солнце
Паргелический круг и дуги гало имеют белый цвет. Соединяясь вместе, различные виды гало образуют причудливые фигуры. Например, световой столб и светящийся круг пересекаются, образуя крест, который во время заката становится красным. Шестигранные кристаллы, расположенные вертикально, способны создать несколько ложных солнц. Такие проявления феномена считаются сложными гало. Они формируются крайне редко и вызывают неизменный интерес у ученых и просто наблюдателей. Существует явление схожее по внешнему виду с гало – это венцы, представляющие туманные диски вокруг Солнца, Луны или звезд. Они имеют малый радиус и возникают из-за рассеивания лучей в проходящих облаках. Объектами, отражающими в этом случае свет, являются капли воды.
Интересные факты: что предвещает ореол вокруг Солнца или Луны?
Лунное гало прячется за деревьями
Появление в небесах святящихся кругов не всегда воспринималось со страхом. С ними связаны и приметы, предсказывающие погоду. Такое явление возникало перед циклоном или снежной бурей. Это подтверждают и климатические наблюдения – высокая влажность и ясная морозная погода часто предшествуют ухудшению погоды.
Гало, как и другие оптические иллюзии в небе, считались предвестниками плохих событий, особенно если принимали угрожающую форму креста или меча. Множество ложных солнц также вызывало панику, даже у закаленных в боях солдат армии Карла V, которые увидев их, сняли осаду Магдебурга и поспешно отступили.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Приметы и суеверия
Погодные приметы
Наблюдение гало может служить местным признаком погоды. Гало всегда наблюдается в перисто-слоистых облаках, которые обычно входят в систему облаков теплого фронта. Поэтому появление гало говорит о приближении теплого фронта.
Источник: книга Зверева С. В. В мире солнечного света.
Содержание представленные ниже народных примет может не совпадать с мнением автора.
Народные приметы
«Мифы», ошибочные предположения о гало, неправильные названия
Суеверия, исторические факты связанные с гало, известные наблюдения
Различные явления гало наблюдаются на небе уже несколько тысяч лет. Дуги и световые столбы называли огненными мечами ангелов, окровавленными мечами, крестами (пересечение паргелия и малого гало, световой столб и верхняя часть малого гало). В различных архивах можно найти массу свидетельств наблюдения гало. Я попытался собрать на этой странице наиболее интересные наблюдения.
Слово о полку Игоревом
Иван Грозный
Наполеон
Ловиц
Интересное и солжное гало довелось увидеть и описать петербургскому ученому Т. Ловицу (в честь него позже был назван один из видов гало).
В один из летних дней 1790 года он зарисовал открывшуюся перед ним картину:
вокруг солнца светились два радужных круга – один больше, другой меньше;
сверху и снизу к ним примыкали яркие полудуги, похожие на широкие рога.
Солнце и радужные круги пересекала белая полоса, параллельно горизонту опоясывающая небо. В местах пересечения этой полосы с малым радужным кругом сияли два ложных солнца; их стороны, обращенные к солнцу, были красны, а от противоположных сторон тянулись длинные светящиеся хвосты. Три таких же пятна были видны и против солнца – на белой полосе. Шестое, очень яркое, пятно блестело на малом радужном круге выше солнца. Все это держалось на небе около пяти часов.
Гало из древнерусской летописи
«В 7293 году (то есть в 1785 г.) явилось знамение в преименитом граде Ярославле, с утренних часов стоял средний круг до полудня с тремя солнцами и при них к полудню явился второй круг, В нем крест с короною, и солнце мрачное и под большим кругом явилось подобно радуге. «
По описанию и картинке, можно предположить, что автор наблюдал малое гало с паргелиями, потом появилась верхняя нижняя касательные дуги (корона) или дуги Парри, световые столбы, которые часто выглядят как перекрестия.
Шестикрылый серафим
Один из серафимов очищает уста пророка, коснувшись их горящим углем, что он берет клещами с жертвенника. Геометрия фигуры серафима, изображенная, например, у Феофана Грека, довольно своеобразна, но при глубоком рассмотрении, по оказывается похожей на сложного гало, взятое в верхней своей четверти (световой столб, малое гало, верхняя касательная дуга, большое гало и зенитная дуга).
На рисунке — фрагмент фрески Феофана Грека, 1378, Новгород, Церковь Спаса Преображения на Ильине.
Занимательная физика на пальцах: гало
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.
