Об оптических эффектах в атмосфере - Солнечное Гало

Гало - это преломление и отражение света в ледяных кристалликах облаков верхнего яруса; представляют собой светлые или радужные круги вокруг Солнца или Луны (пример фотографии лунного гало), отделенные от светила темным промежутком. Гало часто наблюдаются в передней части циклонов (в перисто-слоистых облаках их теплого фронта) и поэтому могут служить признаком их приближения.

Как правило, гало возникают как круги радиусом 22 или 46°, центры которых совпадают с центром солнечного (или лунного) диска. Круги слабо окрашены в радужные цвета (красный внутри). Гало являются наиболее верным признаком ухудшения погоды.

Из книги "Метеорология и климатология" С.П.Хромов, М.А.Петросянц: "Кроме основных форм гало наблюдаются ложные солнца - слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с Солнцем и на угловом расстоянии от него также 22 или 46°. К основным кругам присоединяются иногда различные касательные дуги к ним. Наблюдаются еще неокрашенные вертикальные столбы, проходящие через солнечный диск, т.е. как бы продолжающие его вверх и вниз, а также неокрашенный горизонтальный круг на одном уровне с Солнцем.

Окрашенные гало объясняются преломлением света в шестигранных призматических кристаллах ледяных облаков, неокрашенные (бесцветные) формы - отражением света от граней кристаллов. Разнообразие форм гало зависит в основном от типов и движения кристаллов, от ориентации их осей в пространстве, а также от высоты Солнца. Гало в 22° обусловлено преломлением света боковыми гранями кристаллов при беспорядочной ориентации их главных осей во всех направлениях. Если главные оси имеют преимущественно вертикальное направление, то по обе стороны от солнечного диска (также на расстоянии 22°) вместо светлого круга возникают два светлых пятна - ложные солнца. Гало в 46° (и ложные солнца в 46°) обусловлено преломлением света между боковыми гранями и основаниями призм, т.е. с преломляющим углом 90°. Горизонтальный круг обусловлен отражением света боковыми гранями вертикально расположенных кристаллов, а солнечный столб - отражение света от кристаллов, расположенных преимущественно горизонтально.

В тонких водяных облаках, состоящих из мелких однородных капель (обычно это высококучевые облака) и закрывающих диск светила, за счет дифракции возникают явления венцов. Венцы возникают также в тумане около искусственных источников света. Основная, а часто единственная часть венца - светлый круг небольшого радиуса, окружающий вплотную диск светила (или искусственный источник света). Круг в основном имеет голубоватый цвет и лишь по внешнему краю - красноватый. Его называют также ореолом. Он может быть окружен одним или несколькими дополнительными кольцами такой же, но более светлой окраски, не премыкающими вплотную к кругу и друг к другу. Радиус ореола 1-5°. Он обратно пропорционален диаметрам капель в облаке, поэтому по нему можно определить размеры капель в облаках. Венцы вокруг искусственных источников света малых размеров (по сравнению с дисками светил) имеют более богатые радужные цвета."

Как же могут получаться такие необыкновенные изображения в воздухе? Каковы причины этого интересного природного явления? Изучая появления на небо гало, ученые уже давно заметили, что они бывают тогда, когда Солнце затянуто белой, блестящей дымкой - тонкой пеленой высоких перистых облаков. Такие облака плавают на высоте 6-8 километров над землей и состоят из мельчайших кристалликов льда, которые имеют чаще всего форму шестигранных столбиков или пластинок. Поднимаясь и опускаясь в потоках воздуха, ледяные кристаллики, подобно зеркалу, отражают или, подобно призме, преломляют падающие на них солнечные лучи.

При этом от некоторых кристалликов отраженные лучи могут попадать в наши глаза. Тогда мы и наблюдаем различные формы гало. Вот одно из таких форм: на небе появляется светлый горизонтальный круг, опоясывающий небо параллельно горизонту. Ученые проводили специальные опыты и нашли, что такой круг возникает благодаря отражению солнечного света от боковых граней ледяных шестигранных кристалликов, плавающих в воздухе в вертикальном положении. Лучи Солнца падают на такой кристаллик, отражаются от него, как от зеркала, и попадают нам в глаза.

Преломление света на ледяных кристаллах

Но наши глаза не могут обнаружить искривления световых лучей, поэтому мы видим отраженное изображение Солнца не там, где оно находится в действительности, а на прямой линии, идущей от глаз, причем изображение будет видно на той же высоте на той высоте над горизонтом, что и действительное Солнце. Это явление подобно тому, как мы видим в зеркале изображение электрической лампочки одновременно с самой электрической лампочкой. В воздухе находиться очень много таких вертикально плавающих кристалликов-зеркал. Все они отражают от себя солнечные лучи.

Зеркальные изображения Солнца, попадающие к нам в глаза от отдельных кристалликов, сливаются, и мы видим сплошной светлый круг, параллельный горизонту. Или бывает так: Солнце только что ушло за горизонт, и на темном вечернем небе вдруг возникает светлый столб. В этой игре света, как показали специальные опыты, участвуют ледяные пластинки, плавающие а атмосфере в горизонтальном положении. Лучи Солнца, которое только что ушло за горизонт, падают на колеблющиеся нижние грани таких пластинок, отражаются и попадают в глаза наблюдателя.

Когда таких кристалликов в воздухе много, зеркальные отображения Солнца, попадающие к нам в глаза от отдельных ледяных пластинок, сливаются в одно, и мы видим растянутое, искаженное до неузнаваемости изображение солнечного диска - на небе возникает светящийся столб. На фоне вечерней зари он имеет иногда красноватый цвет. С явлением, подобным этому, каждый из нас встречался не раз. Вспомните солнечную или лунную "дорожку" на воде. Здесь мы видим точно такое же искаженное отраженное Солнца или Луны, только роль зеркала выполняет не кристаллики льда, а поверхность воды. А не приходилось ли вам видеть светлый радужный круг, окружающий Солнце?

Это тоже одна из форм гало. Установлено, что это гало образуется в тех случаях, когда в воздухе находится много шестигранных ледяных кристалликов, преломляющих солнечные лучи подобно стеклянной призме. Большинство таких преломленных лучей мы не видим, они рассеиваются в воздухе. Но от некоторых кристалликов в наши глаза попадают и направленные лучи. Такие кристаллики располагаются на небе по окружности вокруг Солнца. Все они кажутся нам освещенными, и в этом месте мы видим светлый круг, слегка окрашенный в радужные тона. Не всегда мы видим на небе ту или иную форму гало полностью. Например, зимой, при больших морозах, по обе стороны Солнца появляется два световых пятна. Это части гало-круга. В другом случае бывает видна только верхняя часть такого круга - над Солнцем.

В прошлом ее нередко принимали за светящуюся корону. Так же бывает и с горизонтальным кругом, проходящим через Солнце. Чаще всего видна только та его часть, которая примыкает к Солнцу; тогда мы наблюдаем на небе как бы два светлых хвоста, тянущихся вправо и влево от Солнца. Нетрудно понять и то, как возникают в воздухе светящиеся кресты. От Солнца, которое находится низко у горизонта или уже ушло за горизонт, тянется вверх длинный светящийся столб. Этот столб пересекается с видимой над Солнцем частью гало-круга, и в небе возникает большой светящийся крест. Могут появляться два креста. Это бывает тогда, когда на небе видны вертикальные части гало-круга и части горизонтального круга, примыкающие к Солнцу; пересекаясь, они дают два креста по обе стороны от Солнца. В других случаях здесь вместо крестов видны лишь светящиеся пятна, по своим размерам близкие к Солнцу.

Их называют ложными солнцами. Обычно этот вид гало наблюдается, когда Солнце стоит невысоко над горизонтом. Специально проведенные опыты показывают, что в образовании ложных солнц участвуют шестигранные кристаллики, которые плавают в воздухе не беспорядочно, а так, что их оси располагаются преимущественно вертикально. В северных областях, где вообще значительно чаще наблюдается гало, ложные солнца можно видеть десятки раз в год. Нередко они настолько ярки, что не уступают самому Солнцу.

Так наука объясняет многообразные, загадочные явления гало, но не объясняет того факта, почему явление ранее считавшееся редким, сейчас стало обыденным и повсеместным.

Солнечные Гало разнообразных видов наблюдаются в течении всего года, включая самые жаркие летние месяцы и началось увеличение количества наблюдений гало с 2011 года по нарастающей в 2012 году. Почему?

Примеры Гало

«Классическое» круговое Гало

Горизонтальный двойной Пагрелий

Одинарный горизонтальный Пангрелий

Солнечный столб в морозную погоду

Световые столбы в морозную погоду

Солнечный столб над морем

Световые столбы «оторванные» от источника света и создающие иллюзию «Северного сияния»

Серное сияние