7 января 1948 года под Москвой на станции Тарасовская, Ярославской железной дороги, наблюдали редкое явление – зимнюю радугу.
Можно увидеть радугу и в ночное время, при Луне. Ночная радуга – явление очень редкое, краски ее не яркие, и заметить ее трудно.
О ТРЕХ СОЛНЦАХ НА НЕБЕ
Причины появления на небе воздушных призраков – гало – в прошлые времена были неизвестны. Суеверные люди верили любым вздорным сказкам об этом явлении. Очевидцы сочиняли самые фантастические картины, дополняли виденное всевозможными выдумками.
Вот как изобразил «очевидец» гало в 1785 году, виденное в городе Ярославле (рис. 31).
Рис. 31. Таким рисовали гало 1785 года суеверные «очевидцы».
Но вот совершенно точное описание редкого по своей форме гало. 6 мая 1928 года в г. Белом, Смоленской области, в течение продолжительного времени было видно сложное гало. Оно наблюдалось около 8 часов. Наиболее сложным гало было около 8–9 часов утра, когда были видимы следующие его части:
радужный круг, радиус которого был виден с земли под углом в 22 градуса (рис. 32);
верхняя, ближняя к зениту часть радужного круга с радиусом в 46 градусов;
две небольшие слабой окраски полосы, касательные к верхней и нижней точкам круга в 22 градуса;
два ложных солнца радужной окраски, расположенные около круга в 22 градуса; от каждого из них тянулись белесые, слегка изогнутые хвосты (см. рис. 32).
Рис. 32. Сложное гало 1928 года в г. Белом. Смоленской области.
Как же могут получаться такие воздушные призраки?
Каковы действительные причины этого явления?
Как уже говорилось, гало возникает благодаря преломлению и отражению солнечных лучей в ледяных кристалликах, плавающих в воздухе. В высоких слоях атмосферы, где летом и зимой царит холод, находится множество таких кристалликов. Они имеют самые различные формы, но чаще форму прямой шестигранной призмы. Такие кристаллы и дают гало.
Посмотрите на рис. 33. Лучи света, падая на шестигранную призму, преломляются в ней и рассеиваются, образуя спектр. Если поворачивать призму вокруг ее оси, вместе будет поворачиваться и спектр. Когда призма повернется так, что луч света будет испытывать в ней наименьшее отклонение, спектр остановится и при дальнейшем вращении призмы (все в ту же сторону) начнет поворачиваться уже в обратную сторону.
Рис. 33. Лучи света, падая на шестигранную призму, преломляются в ней и образуют спектр.
Продолжая поворачивать призму, мы дойдем до такого ее положения, когда луч света будет испытывать в ней наибольшее отклонение. С этого момента спектр пропадает: луч света уже не выходит из призмы, а испытывает в ней полное внутреннее отражение.
Если продолжать поворачивать призму, все повторится снова, только луч света теперь будет падать уже на другую грань – не на первую, а на вторую, затем на третью и т. д. Выходящие из призмы преломленные и рассеянные лучи света будут совершать то же колебательное движение.
Что же мы увидим, если начнем вращать призму быстро?
Все последовательные изображения спектра сольются, и мы увидим одну белую полосу, которая будет более яркой и иметь радужную окраску в месте наименьшего отклонения световых лучей.
Рис. 34. Схема образования гало-круга в 22 градуса.
Представим себе плавающие в воздухе кристаллики льда. Множество таких кристалликов, имеющих форму шестигранных призм, находится в самых различных положениях. Медленно падая, они вращаются, отражая и рассеивая в пространстве солнечные лучи. Но некоторая часть кристалликов будет посылать в глаза наблюдателя направленные лучи – те лучи, которые испытывают в шестигранниках наименьшее отклонение. Такие кристаллы располагаются на небе, подобно каплям воды в радуге, по кругу. В центре этого круга мы видим Солнце. Кристаллы находятся в одном положении как к наблюдателю, так и к Солнцу и будут казаться освещенными. В этом месте мы и увидим светлый радужный круг – гало (рис. 34). Радиус его – 22 градуса. Гало-круг появляется и ночью, вокруг Луны.
Бывают случаи, когда ночью наблюдают сложные гало. 28 ноября 1947 года сложное гало было видно в г. Полтаве (рис. 35). Луна находилась в центре светлого круга. Гало-круг в 22 градуса был виден не весь; наиболее ярок он был в своей верхней части и слева. На этом круге справа и слева были видны также ложные луны, или, как их часто называют, параселены; левый параселен был более ярок и имел хвост. Сверху у гало-круга была видна яркая касательная дуга.
Рис. 35. Сложное гало вокруг Луны, виденное в Полтаве в 1947 году.
Гало в виде круга у Солнца в 22 градуса совсем не редки. В Москве и Московской области такое гало можно наблюдать ежегодно десятки раз.
Другой вид гало-круга у Солнца с радиусом в 46 градусов наблюдается значительно реже. Чаще видны лишь отдельные части такого круга, как было и при сложном гало, виденном в г. Белом в 1928 году. Причина его возникновения та же – преломление света в ледяных кристаллах, имеющих форму шестигранников. В этом случае играют роль кристаллы, от которых падают лучи, преломившиеся не между двумя боковыми гранями, а между одной из боковых граней кристаллика и его основанием. Наименьший угол отклонения лучей при этом составляет уже не 22 градуса, а 46 градусов.
Рис. 36. Шестигранники такой формы, как показывает опыт, плавают в воздухе вертикально.
Гало-круги с радиусами в 22 и 46 градусов наиболее ярки в местах, высота которых близка к высоте Солнца над горизонтом, а также вверху над Солнцем и внизу под Солнцем. В этих местах образуются ложные солнца. Они бывают видны как на круге в 22 градуса, так и на круге в 46 градусов, и очень редко еще далее от Солнца – на расстоянии в 90 и 80 градусов. Этот вид гало наблюдается, когда Солнце стоит невысоко над горизонтом. Опыты показывают, что в образовании побочных солнц участвуют шестигранные кристаллики, изображенные на рис. 36. Они плавают в воздухе не беспорядочно, а так, что их оси располагаются преимущественно вертикально.
Ложные солнца можно видеть на небе также довольно часто. В северных областях, где гало появляется значительно чаще, ложные солнца наблюдают десятки раз в год. Нередко они настолько ярки, что не уступают Солнцу. Недаром еще древние историки писали о трех солнцах, появляющихся на небе.
Рис. 37. Светящийся столб над Солнцем.
Другой причиной игры света в атмосфере является отражение солнечных лучей от кристалликов льда.
Посмотрите на рис. 37. Солнце только что ушло за горизонт, и темное вечернее небо прорезал яркий, светящийся столб. Что это такое?
Рис. 38. Лунная «дорожка» на воде.
Вспомните солнечную «дорожку» на волнующейся поверхности воды. Мы видим в этом случае до неузнаваемости искаженное отражение Солнца в волнах: Солнце кажется нам в виде длинной светящейся полосы на воде. Ночью на воде серебрится лунная «дорожка» – сильно искаженное изображение Луны (рис. 38). Искаженное изображение Луны и Солнца можно наблюдать и в воздухе. Лучи света, отражаясь от горизонтальных граней ледяных кристалликов, рождают на небе длинную светящуюся полосу – возникает световой столб. Такие столбы тянутся от. Солнца или Лупы и тогда, когда последние находятся еще у горизонта. Иногда светящийся столб идет от Солнца как кверху, так и книзу.
Рис. 39. Так образуются светлые кресты около Солнца.
В сложных гало нередко наблюдают так называемы, околосолнечный круг – горизонтальный светлый круг, проходящий через Солнце. Такой круг возникает также благодаря отражению солнечных лучей от боковых граней шестигранников, вертикально плавающих в воздухе.
Рис. 40. Другой пример образования светящегося креста над Солнцем.
Благодаря отражению мы видим на небе ложные солнца на расстоянии от Солнца в 90 и 80 градусов.
И, наконец, нетрудно объяснить появление на небе светящихся крестов, вызывавших в прошлом у суеверных людей наибольший страх.
Мы не всегда видим на небе ту или иную форму гало полностью. Чаще бывают видимы только части кругов в 22 и 46 градусов. Зимой при больших морозах на небе появляются два столба по обе стороны Солнца. Это – видимые части дуг гало-круга. Также видим и отдельные части околосолнечного круга. Например, на рисунке 32, где изображено сложное гало 1928 года, видны лишь те части этого круга, которые примыкают к побочным солнцам. В других случаях видим только часть околосолнечного круга, непосредственно примыкающую к Солнцу.
Нетрудно догадаться, как возникают светящиеся кресты на небе. Например, мы видим вертикальные части дуг гало-круга и части околосолнечного круга у Солнца (рис. 39). Пересекаясь, они и дают два креста, расположенные по обе стороны Солнца.
Другой пример. У Луны мы видим часть горизонтального круга. Он пересекается светящимся столбом, идущим от Луны кверху и книзу. Образуется крест.
А вот и третий случай. Солнце стоит у горизонта. Вверх от него тянется длинный светящийся столб, который пересекается с видимой частью гало-круга (рис. 40). Над Солнцем возникает большой светлый крест.
Так наука объясняет причины появления гало.
«ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ТРЕТЬЕГО РОДА»
Полярное сияние наблюдается в приполярных странах, например у нас на севере. Там к нему привыкли и уже не удивляются этому явлению. По у человека, не северянина, полярное сияние оставляет неизгладимое впечатление.
Величественны и разнообразны формы этого явления. То на небе горят и переливаются зеленым, оранжевым, красным светом гигантские дуги; то ночное небо пронизывают огромные лучи-стрелы, вспыхивающие и угасающие; порой высоко в воздухе повисают изумрудно-зеленые, с красной бахромой, колыхающиеся занавеси.
Первым, кто изучал природу полярных сияний, был наш великий ученый М. В. Ломоносов. Он объяснил, что причиной полярного сияния служат электрические разряды в разреженном воздухе. «...Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе Електрической силы», – писал ученый.