ЕНКМ_3 часть

располагающуюся на траве, покрытой росой, только не круговую, а имеющую форму широкой гиперболы.

Объяснение несложно: свет попадает в наш глаз тогда, когда его луч образует с осью «Солнце – глаз» угол в 42º. Пока Солнце невысоко, этот конус пересекает поверхность Земли по гиперболе. В течение дня она превратится в эллипс, хотя такое превращение наблюдается очень редко.

Лунная радуга. Радуги вызываются Луной так же, как и Солнцем, хотя лунные радуги, естественно, очень слабы. Поэтому практически их можно видеть только при полной Луне; по той же причине они редко окрашены: слабо освещенные объекты кажутся ночью бесцветными.

Не спутайте их с гало! Радуга видна только в стороне, противоположной Луне!

Гало. После нескольких дней прекрасной весенней погоды барометр падает и начинает дуть южный ветер. На западе появляются высокие облака, прозрачные и быстрые, небо постепенно становится молочно-белым и опалесцирует (опалесценция – оптическое явление, заключающееся в том, что прозрачные в проходящем свете коллоиды при боковом освещении оказываются мутными. Коллоидные системы

– это среднее между молекулярно-дисперсными (раздробленными) системами и грубодисперсионными. Условные границы размеров частиц коллоидов лежат в пределах 10-8-10-7 см. В опалесценции основную роль играет различие между показателями преломления коллоидно-дисперсных частиц и дисперсионной среды, благодаря чему свет, падающий на коллоидные частицы, рассеивается по всем

231

направлениям. При прохождении через монохроматические коллоидные среды рассеянные лучи света оказываются богаче короткими волнами, вследствие чего бесцветная коллоидная среда приобретает преимущественно голубоватую окраску) из-за вуали перисто-слоистых облаков. Кажется, что Солнце светит сквозь матовое стекло, его очертания становятся расплывчатыми. Пейзаж освещен особенным, неопределенным светом.

Вокруг Солнца мы увидим яркое кольцо с радиусом, несколько большим 22º; для этого лучше всего стать в тень дома или держать руку против Солнца, чтобы не быть ослепленным. Это великолепное зрелище! Каждому, кто видит его впервые, кольцо кажется грандиозным – а ведь это только «малое гало»; другие явления гало имеют гораздо больший масштаб. Вытяните перед собой руку с растопыренными пальцами – вы увидите, что расстояние между концом большого пальца и мизинцем приблизительно равно радиусу гало вокруг Солнца.

Вы можете видеть подобный круг и около Луны. Имеется в виду не венец диаметром в несколько градусов с красным краем внутри и голубым снаружи, но такое же большое кольцо, как описанное только что гало вокруг Солнца. Очень редко можно в одно и то же время увидеть кольцо вокруг заходящего Солнца и кольцо вокруг восходящей полной Луны.

Гало возникают в вуали перисто-слоистых облаков, редко перистых, перисто-кучевых или высококучевых; они могут наблюдаться также в вершинах грозово-перистых, хотя не часто. Все облака, на которых возникают гало, состоят из мелких ледяных

232

кристаллов, правильной форме которых это световое явление и обязано своей замечательной симметрией. Причина, по которой так много ледяных облаков вообще не показывают гало, состоит в том, что небольшие звездообразные снежинки и шаровые скопления кристаллов обладают слишком неправильной формой, чтобы вызвать преломление света подобно призме, и что на слишком малых кристаллах гало «заламывается» дифракцией. Внутренний край гало красный, наружный – синий.

По народной примете, малое гало – предвестник дождливой погоды, и, когда говорят «чем сильнее гало, тем скорее будет дождь», предполагают, что именно малое гало предсказывает дождь. И действительно, перисто-слоистые облака часто предвещают область депрессии; дождь начинается после появления гало в среднем через 36 часов.

Световые или солнечные столбы. Вертикальные световые столбы, или скорее, «световые мечи» можно видеть весьма часто при заходе или восходе Солнца, лучше всего – когда Солнце скрывается за домом и не слепит глаза. Такой световой столб сам по себе бесцветен, но когда Солнце низко и становится желтым, оранжевым или красным, столб принимает тот же оттенок. Это происходит лишь при высоте Солнца около 5º, редко 15º и более. Когда Солнце высоко, столбы видны редко; с другой стороны, часто они хорошо видны, когда Солнце в действительности находится под горизонтом. Столбы под Солнцем появляются редко; они короче, чем над Солнцем.

Случайное усиление яркости светового столба, когда он попадает на облако, создает впечатление светового пятна. Это явление

233

получило название «двойного Солнца». Его лучше наблюдать, когда пятно находится над Солнцем, а не под ним.

Световые кресты. Когда и вертикальный столб и часть горизонтального круга возникают одновременно, мы видим на небе крест. Указывать, что суеверные люди видят их слишком часто, конечно, излишне.

14 июля 1865 г. альпинист Уимпер и его спутники впервые достигли вершины Маттерхорна, но на обратном пути четверо поскользнулись и сорвались в пропасть. К вечеру Уимпер увидел на небе световой круг с тремя крестами: «Световой призрак висел неподвижно; это было удивительное и внушающее трепет зрелище, впервые видимое мной и неописуемо впечатляющее в такой момент».

Цвета интерференции в масляных пятнах. На влажном после дождя темном асфальте дороги мы нередко видим пятна, состоящие из концентрических цветных кругов; диаметр пятен достигает иногда 50 см. в некоторые дни и на некоторых дорогах пятна могут оказаться очень красивыми, хотя, как правило, в большинстве своем – это неприглядные серо-синие пятна. Они, очевидно, связаны с каплями масла от проезжающих автомобилей. Каждая капля растекается очень тонким слоем, и сложение света, отраженного от верхней и нижней поверхностей слоя, вызывает появление цветов интерференции, иными словами, знаменитых «колец Ньютона», – тех же, что и в великолепных цветах мыльных пузырей. Их объяснение можно найти в обычном учебнике физике, но следует отметить, что здесь перед нашими глазами доказательство того, что свет – это волновое явление.

234

Цвета интерференции возникают всюду, где образуются тонкие пленки; например, в тонких слоях нефти или керосина, плавающих на поверхности воды; линии одинакового цвета – суть линии постоянной толщины, и их искажения говорят нам о всех токах и вихрях в жидкости. Если на воде случайно окажется слой масла и в это время к берегу подует ветер, мы сможем наблюдать прекрасную интерференцию цветов. Цвета будут распределены параллельными полосами. Это доказывает, что слой к берегу постепенно становится толще. Интересно наблюдать за тем, как рябь на воде постепенно уменьшается, как только к ней приближается масляный слой, и совсем исчезает даже прежде, чем вода начинает покрываться серой пеленой.

Дифракция света. Ночь. Вдалеке шум автомобиля, приближающегося к нам. Его фары бросают ослепительные лучи света на широкую дорогу. Велосипедист случайно пересекает эти ослепительные лучи так, что на мгновение мы оказываемся в его тени. И тогда внезапно силуэт велосипедиста обрисовывается удивительно красивым светом, как будто излучаемым краем силуэта. Тот же эффект можно наблюдать у пешеходов и у деревьев. Это – эффект дифракции. Дифракцией называют искривление световых лучей у края непрозрачного экрана, при котором часть волнового фронта проникает в область, где согласно законам геометрической оптики следовало бы ожидать тень. Интенсивность отклоненного света велика, если угол отклонения очень мал, но быстро уменьшается для больших углов. Картина особенно красива, когда велосипедист далеко от нас, а автомобиль далеко за ним.

235

Подобное явление, но большего масштаба, можно наблюдать в гористой стране. Если воздух чист, то стоя в тени холма, вы видите темные очертания покрывающих его деревьев на фоне утреннего неба. Когда Солнце вот-вот должно показаться из-за холма, деревья, расположенные там, где свет ярче всего, окаймляются сверкающим серебристо-белым излучением.

Венцы. Тонкие белые барашки облаков медленно скользят перед Луной. Наш взгляд невольно притягивается к этой освещенной части неба – центру ночного пейзажа. И каждый раз, когда появляется еще одно небольшое облако, мы видим вокруг мягко светящей Луны чудесные разноцветные кольца, диаметр которых лишь в несколько раз больше диаметра Луны. Во Фландрии существует поговорка, что это «месяц сидит во дворце».

Рассмотрим более тщательно последовательность этих цветов. Непосредственно к Луне примыкает синеватая кайма, переходящая в желто-белую, которая в свою очередь имеет коричневатый внешний край. Этот ореол и есть венец в его простейшей и чаще всего встречающейся форме. Он становится действительно заметным, когда его окружают большие и еще более красивые окрашенные кольца. Последовательность этих цветов почти точно согласуется с ньютоновой шкалой цветов интерференции, с тем лишь отличием, что метеорологи разграничивают различные «порядки» несколько подругому, чем физики, а именно так, чтобы каждая группа оканчивалась красным. В очень редких случаях за ореолом можно наблюдать три группы («четырехкратный венец»):

236

I. Ореол (синеватый) – белый – (желтоватый) – коричневокрасный.

II.Синий – зеленый – (желтый) – красный.

III. Синий – зеленый – красный.

IV. Синий – зеленый – красный.

На практике, однако, цветовые градации кажутся меняющимися от времени до времени; цвета, приведенные в скобках, видны далеко не всегда. Исследуя эти изменения венцов, следует принять во внимание фазы Луны, поскольку они обуславливают большую или меньшую размытость дифракционной картины.

Венцы, которые мы видим в облаках, образуются вследствие дифракции света на каплях воды в облаке. Чем меньше капли, тем больше венец. Если все капли одинаковой величины, венцы хорошо развиты и цвета их чисты; если же в облаках перемешаны капли разных размеров, венцы различной величины возникают одновременно и накладываются друг на друга. Поэтому хорошо развитые венцы возникают лишь в совершенно определенных видах облаков, в которых условия конденсации водяных паров всюду достаточно постоянны; по той же причине тонкие различия в последовательности цветов зависят от числа капель различной величины, от толщины облаков и т.д.

Основные положения этой теории:

а) Дифракция на сравнительно плотном облаке, состоящем из водяных капель одинаковой величины, происходит так же, как на одной капле, лишь интенсивность дифрагировавшего света больше.

237

б) Дифракция на капле происходит так же, как на малом отверстии в экране (принцип Бабине).

в) Дифракция на отверстии рассчитывается согласно принципу Гюйгенса: принимается, что каждая точка отверстия излучает световые волны, и определяется, как интерферируют эти волны от всех частей отверстия, приходя в глаз.

Глория. Стоя на вершине холма, когда Солнце низко, мы можем иногда видеть нашу тень, вырисовывающейся на слое тумана. В этом случае голова тени будет окружена глорией – сиянием с такими же яркими цветами, как у венцов вокруг Солнца и Луны. Однако, хотя каждый видит и свою собственную тень, и тени своих спутников, если они достаточно близки и туман достаточно далеко, глорию можно видеть только вокруг своей головы.

Глорию можно наблюдать и при свете уличного фонаря, если только фон достаточно темен.

Летя по направлению к Солнцу над ровным слоем облаков, летчик часто видит тень самолета на облаках, окруженную цветными кругами. Иногда можно видеть, как круги внезапно сжимаются и потом снова расширяются. Это зависит от величины капель в облаке.

Радужные (иризирующие) облака. Облака могут быть светящимися яркими цветами: зеленым, пурпурно-красным, синим и т.д. эти цвета не имеют отношения к сумеречным явлениям: они наблюдаются и тогда, когда Солнце низко, и тогда, когда оно высоко. Эти цвета беспорядочно разбросаны среди облаков в виде окрашенных краев, пятен и полос. Некоторые наблюдатели подчеркивают, что они имеют «металлический» блеск; что бы это

238

могло значить? При виде этих облаков мы испытываем чувство глубокого восхищения, которое трудно описать, но легко объяснить грандиозность явления, чистотой цветов, их нежными переливами, их сиянием. Невозможно отвести глаза от этого великолепного зрелища.

Такие иризирующие облака появляются во все времена года, но особенно часто осенью. Они появляются около Солнца, и на расстоянии меньше двух градусов от него кажутся ослепительно белыми.

Самой красивой иризацией обладают сверкающие белые перисто-кучевые и высококучевые облака, особенно имеющие линзообразную форму, которые быстро возникают до или после бури. Цвета располагаются лентами, полосами и «глазками». Радужность видна и тогда, когда облако быстро меняет форму незадолго или тотчас после бури.

Перламутровые облака. Существует очень редкий и замечательный вид радужных облаков, представляющий собой явление гораздо большего масштаба, чем обычные формы. Вся гряда облаков переливается радужными цветами, как рыбья чешуя, показывая иногда восхитительные чистые тона.

Расположение цветов в них зависит почти полностью от части облака. Иногда эти облака испещрены полосами, волнисты и напоминают перистые, иногда вся облачная гряда почти одного цвета с цветами спектра вдоль краев или длинных горизонтальных «весел», между которыми можно видеть необыкновенный опаловый фон неба. Цвета порой остаются постоянными, порой постепенно меняются.

239

Необыкновенно красивые перламутровые облака наблюдались 19 мая 1910 г. – в тот день, когда Земля прошла через хвост кометы Галлея. Можно думать, что между этими двумя явлениями есть связь.

Иногда ночью в летние месяцы на широтах 45 -70 , причем наиболее часто на =56 (широта г. Казани), наблюдаются необычные серебристые (мезосферные) облака, которые являются самыми высокими облаками Земли. Их возникновение на высотах 75-95 км связано с наличием там межпланетного вещества, сгорающего в виде метеоров на этих высотах.

Нимбы. Ранним утром, когда Солнце еще низко и отбрасывает длинные тени на траву, покрытую росой, мы замечаем удивительный неокрашенный световой ореол, окружающий сверху и сбоку тень нашей головы. Это не оптическая иллюзия и не явление контраста: когда та же самая тень падает на гравиевую дорогу, ореол исчезает.

Явление красивее всего, когда длина тени, по крайней мере, 15 м, и она падает на низкую траву или клевер, серовато-белые от обильной росы. При таких обстоятельствах нимбы очень отчетливы. Они менее четки днем после ливня или ночью в свете ярких электрических ламп.

Подумайте и ответьте:

1.Что такое эффект Пуркинье?

2.Перечислите виды радуги.

3.Что Вы можете сказать о гало?

4.Почему возникают световые столбы, кресты?

240