Эффект гало что это такое в природе


Жители Москвы в последние дни января наблюдают необычное для зимы погодное явление, очень похожее на радугу — оптическое явление под названием гало. Оно возникает из-за преломления и отражения солнечного света ледяными кристаллами. Зимой при установившейся морозной погоде появление гало предвещает потепление.

Что такое гало?

Зимняя радуга в сильные морозы — далеко не редкое явление. В науке этот оптический феномен получил своё название — гало (от французского halo и греческого halos — световое кольцо вокруг Солнца или Луны).

Гало, как и радуга, и северное сияние, относится к атмосферным оптическим явлениям, вызванным дисперсией света в кристаллах льда. Три составляющих радуги зимой — яркое солнце, крепкий мороз и высокая влажность.

Чаще всего зимнее гало — это ореол вокруг солнца или луны. А по бокам от солнца и луны могут быть видны довольно яркие пятна, которые похожи на солнечный диск.


Влажность возникает из-за того, что атмосфера насыщена огромным количеством ледяных кристаллов, и солнечные лучи, проходя сквозь них, преломляются, образуя с внутренней стороны гало свечение красноватого цвета. В очень редких случаях свечение состоит из полного спектра цветов.

Гало возникает с появлением тонких перистых облаков на небе (на высоте около 6 км), и именно они преломляют солнечные лучи.

Солнечное гало. Фото: Commons.wikimedia.org / Nasko

Чем гало отличается от радуги?

Есть существенные отличия гало от обычной радуги:

– гало появляется вокруг солнца. Радугу обычно видят, стоя спиной к солнцу;
– радуга чаще всего имеет весь цветовой спектр, а гало окрашено очень слабо, в основном это красный и оранжевый цвета;
– у радуги ближе к центру расположен фиолетовый цвет, красный — на внешней стороне, а у гало красный цвет расположен ближе к центру.

Как правильно смотреть на гало?

При наблюдении гало необходимо закрывать солнце каким-либо предметом или хотя бы рукой, чтобы не испортить глаза (в большинстве случаев при фотосъёмке также целесообразно закрывать солнце).

Желательно надевать тёмные очки, поскольку отдельные элементы гало бывают ослепительно яркими. Любой фотоаппарат снимет гало при любых настройках, но из-за яркости могут получаться плохие снимки.

Какую погоду предвещает зимняя радуга?


Согласно русским народным приметам, появление радуги зимой предвещает морозы и снег. 
Эти народные наблюдения имеют под собой вполне научное объяснение. Гало появляется на небе по трём причинам: при безоблачном небе, низкой температуре и высокой влажности. Эти факторы как раз совпадают при смене погоды, а также при приближении снежного бурана или сильных морозов.

Солнечное гало на закате. Фото: Commons.wikimedia.org / Varjisakka

Источник: aif.ru

Удивительное в природе

Есть много явлений, происхождение которых не совсем понятно простым людям. Ниже приводится краткое описание нескольких самых распространенных из них.

Северное сияние – свечение, происходящее при взаимодействии верхних слоев атмосферы с солнечными заряженными частицами. Такое фантастическое явление можно встретить в основном в широтах, расположенных ближе к полюсам.

Падающие звезды (светящиеся, скользящие по небу точки) – это небольшие камни или частицы космических веществ. Это зрелище можно наблюдать ясной ночью. Яркая вспышка происходит при вторжении этих кусочков в земную атмосферу. В определенные периоды можно увидеть и обильный фееричный “звездный дождь”.


Шаровая молния – одно из не совсем объяснимых загадочных явлений. Кроме формы шара, эта молния может приобретать очертания груши, капли или гриба. Размеры ее варьируются от 5 см до нескольких метров. Этот феномен характеризуется довольно непредсказуемым поведением и своей кратковременностью (нескольких секунд).

Также в природе могут происходить и такие процессы, как оптическое явление гало, образование перламутровых и двояковыпуклых облаков (крайне редкое) и даже осадки с живностью (лягушачьи и рыбьи дожди).

Что такое гало?

Гало – это самое распространенное оптическое явление в атмосфере, в процессе которого в небе появляются светящиеся круги вокруг небесных светил, «ложные солнца», разнообразные столбы и кресты.

Гало — это оптическое явление природы

В большинстве же случаев оно представляет собой обычный световой круг. На средних широтах он может появляться в течение нескольких дней.

Возникновение гало, в отличие от других процессов, имеет научное обоснование.

Образование удивительного светового круга вокруг солнца объясняется тем, что происходит преломление лучей Солнца в гранях ледяных кристалликов, содержащихся в облаках и туманах. Различают солнечное гало и лунное.

Разнообразие форм и видов


Вообще гало – это определенная группа явлений в атмосфере, именно оптических.

Самые привычные формы гало, как отмечалось выше, следующие:

  • радужные круги за окружностью диска Луны или Солнца с угловым радиусом 22° и 46°;
  • «ложные Солнца» (паргелии) или просто яркие пятна (тоже радужные) с обеих сторон от светил на расстояниях 22° и 46°;
  • дуги околозенитные;
  • паргелические круги (белые горизонтальные), которые проходят через диск Солнца;
  • столбы (вертикальные части белого круга) ; они в комплексе с паргелическими кругами образуют белый крест.
  • Гало — это оптическое явление природы

    Радужные гало образуются при преломлении лучей, а белые – при их отражении.

    Явление гало иногда путают с венцами. Они очень похожи внешне, однако последние имеют другое происхождение – дифракционное.

    Описание круга, разновидности


    Обычно гало возникают в виде колец вокруг Солнца. Причем внутренняя сторона кольца яркая и окрашена в слегка красноватый цвет.

    Затем окраска постепенно переходит в светло-желтую, далее в зеленоватую и даже сине-фиолетовую, ближе к внешней части круга.

    Иногда виднеется круг не полностью, а лишь его часть (чаще всего верхняя).

    Бывают и светлые дуги, касающиеся верхней или нижней части светового круга.

    Гало — это оптическое явление природы

    Довольно редко появляется бесцветный круг, простирающийся через диск луны или солнца параллельно горизонту. А в точках пересечения этого круга с гало часто виднеются светлые пятна – это “ложные солнца”. Они такие светящиеся и яркие, что очень напоминают второе солнце.

    Столбы и кресты, природа их возникновения


    Гало – явление природы феноменальное, приобретающее самые причудливые формы. Они видны тогда, когда между наблюдающим человеком и планетами-светилами имеются легкие перистые облака, причем высоко, или же когда в воздухе находятся во взвешенном состоянии ледяные кристаллы как отдельные элементы, имеющие правильную форму (например, в виде шестигранной призмы).

    Нередко встречается гало в виде вертикального столба, когда освещающие Землю планеты находятся очень близко к горизонту (выше или ниже его). Такие формы объясняются отражением лучей именно от горизонтальных граней кристаллов льдинок, находящихся в воздухе. По двум сторонам от солнца иногда можно увидеть два таких столба. Они являются частью дуги гало, когда только частично виден круг.

    Бывает и такое, что столбы могут пересекаться с горизонтальным кругом. В таком случае взору человека могут явиться и световые кресты.


    Гало — это оптическое явление природы

    Очень многообразны явления гало. Это объясняется огромным количеством форм ледяных кристаллов и самым разнообразным их расположением в воздухе.

    О чем говорят явления гало? Предзнаменования

    Появление различных видов и форм может рассказать об изменениях погоды в ближайшие часы.

    Появление полного радужного круга (иногда почти не видного) возле солнца или луны, который возникает при наличии в атмосфере перистых слоистых облаков, чаще всего является признаком приближения теплого фронта, циклона. При этом ожидается наступление ветреной погоды примерно через 12-20 часов. Яркость сияния круга ослабевает только тогда, когда начинают сильно уплотняться облака.

    Бывают без радужной окраски белые круги вокруг Солнца (Луны), “ложные солнца”, столбы. В ясную погоду возникают такие оптические тела. Это явление указывает на дальнейшую стабильность и сохранение тихой и солнечной погоды, а зимой – на сильные длительные морозы.

    Круги около светил в виде частичного кольца появляются в неустойчивых воздушных массах, в районах антициклонов (периферийных и тыловых). Это оначает, что следует ожидать погоду переменную, с сильными ветрами и ливневыми осадками.


    Большие диаметром белые круги, видимые под углом 92° возле Солнца или Луны, которые возникают именно зимой, – признаки нахождения около данной территории мощного антициклона или области высокого давления. В таких случаях можно ожидать погоду довольно устойчивую, со слабыми ветрами и с сильными морозами.

    Многие природные явления не поддаются никаким научно-обоснованным теориям и объяснениям. Людям остается только восхищаться прекрасным увиденным.

    Гало – это объяснимый и красочный природный феномен.

    Источник: fb.ru


    Источник: labuda.blog

     

    Давненько я ничего не писал в мою (и, надеюсь, не только мою) самую любимую рубрику! А зря. Ключевая причина — честно говоря, не знаю, какие темы вам будут наиболее интересны, так что — предлагайте в комментариях.

    Сегодня меня вдохновило наблюдавшееся в небе над Одессой природное явление под названием гало — не то чтобы редкое, но довольно яркое и небезынтересное с физической точки зрения. Итак, поехали.

    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.

    Источник: yuritkachev.livejournal.com

    Где и когда можно увидеть гало

    Чаще всего гало можно увидеть в Антарктиде на ее ледяном куполе и на склонах, расположенных на высоте 2700-3500 м над уровнем моря. Там их можно наблюдать в течение целого дня, при этом их форма и окраска может меняться. Постоянные сильные ветры поднимают в воздух облака неплотного снега, имеющие кристаллическую структуру. Нижняя граница таких снежных облаков опускается до самой земли, создавая идеальные условия для образования гало. При отсутствии снежных облаков и при ярком солнечном свете возникают многочисленные цветные и белые гало радиусом 22° и 46°, а также более редкие другие явления.

    Насыщенный влагой воздух, имеет свойство кристаллизоваться при охлаждении. При переносе больших объемов влажных воздушных масс в верхних слоях атмосферы над континентом происходит конденсация влаги, кристаллизация и выпадение инея. В теплое время года кристаллики льда не достигают поверхности земли и растворяются в нижних слоях атмосферы, снова насыщая воздух влагой. Поэтому явление гало вероятнее проще наблюдать на континентальной части материков, нежели вблизи побережья.

    Иногда в морозную погоду гало образуется вблизи земной поверхности, а кристаллы льда в воздухе сверкают словно драгоценные камни, усиливая сияние гало. Если солнце стоит низко над горизонтом, то нижнюю часть гало иногда можно наблюдать на фоне окружающего пейзажа.

    Источник: www.liveinternet.ru


    You May Also Like

    About the Author: admind

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.