Солнечные лучи врываются в нашу атмосферу со скоростью триста тысяч километров в секунду. Встречая на своём пути планету, они способны создавать оптические иллюзии небывалой красоты. К некоторым из них, например, сумеречным лучам, мы давно привыкли и перестали обращать на них особое внимание, другие, не столь обыденные, очевидцы наоборот склонны расценивать как потусторонние явления или появление НЛО, - однако и у них есть несложное объяснение. Чтобы докопаться до их сути, начнём с простого.
Как работают сумеречные лучи?
Прежде всего, для появления на рассвете или закате сумеречных лучей (в английском варианте – «Crepuscular rays»), солнечный свет должен встретить на своём пути облака или вершины гор, которые разделят его на пучки света, расходящиеся из одной точки почти на треть неба. Сумеречные лучи так хорошо видны человеческому глазу благодаря тому, что область пространства освещённого солнцем воздуха чётко отделена от затенённого пространства. Второй пункт, без которого невозможно увидеть эти лучи – наличие в высоких слоях атмосферы определённой концентрации водяного пара или пыли, частицы которой отражали и рассеивали бы в нашем направлении свет. На самом деле солнечные лучи являются параллельными, несмотря на иллюзию, будто они сходятся к солнцу, как гигантский веер. Таким же образом мы видим, как рельсы железной дороги вдалеке исчезают в одной точке.
В Германии о сумеречных лучах говорят «Солнце пьет воду», в Голландии – «Солнце стоит на ножках», англичане окрестили это явление «Лестницей Якоба» (или по библейской легенде - «Лестницей Иакова»), иногда даже – «Лестницей ангелов» или «Божьми пальцами», «Вратами к небесам» или «Лестницей к небесам». В племени Маори есть легенда о герое Мауи Потики (Maui Potiki), который обвязал солнце верёвками, чтобы удлинить дни. Поэтому у них сумеречные лучи называются «Верёвки Мауи» («taura a Maui»).
Кроме того, красная, жёлтая, малиновая пылающая краска сумеречных лучей объясняется тем, что благодаря кислородной атмосфере (в кристаллическом виде этот газ как раз цвета индиго) голубой и зелёный коротколновой свет из спектра солнечного излучения рассеивается молекулами воздуха.
Как работают антисумеречные лучи?
Именно сумеречные лучи рождают такое редкое и удивительно эффектное явление, как антисумеречные лучи (в английском варианте – «anticrepuscular rays»), кажущиеся поначалу чем-то неестественным. Да и не всем везёт их увидеть – для этого нужно не забыть обернуться, оторвав взгляд от красочного заката, что уже само по себе непросто.
Рассеиваясь через так называемый «аэрозоль» в атмосфере, солнечные лучи, которые встретили на своём пути вершину горной гряды или облака с разрывами, отклоняются по направлению к «антисолярной» точке, - тоесть к точке на восточном горизонте, которая является диаметрально противоположной той западной точке, в которой садится солнце. Точные наблюдения физиков указывают на то, что сумеречные и антисумеречные лучи на западе и на востоке соответствуют друг другу попарно - и, по сути, являют собой одни и те же солнечные лучи, которые обогнули небесную сферу и проецировались в виде кругов. У таких лучей лучше всего видны яркие концы, а их дуговидная форма – ни что иное, как результат оптической иллюзии, поскольку в действительности они параллельны. Этот оптический обман объяснил еще Леонардо да Винчи. Сумеречные и антисумеречные лучи также иногда могут быть видимыми из-под воды, - особенно в арктических областях, благодаря ледяным трещинам во льду и ледяным торосам (нагромождениям обломков льда до 10-20 метров в высоту, которые образуются в результате сжатия ледяного покрова).
А вот американским фотографам всё-таки повезло: на снимках запечатлены антисумеречные лучи в окрестностях города Боулдер (штат Калифорния, США), и заход солнца возле каньона «Подкова» (Штат Юта, США). Подробнее об этом уникальном явлении можно прочитать в книге М. Миннарта «Свет и цвет в природе», переведенной на русский в 1969 году.
Световой, или солнечный столб
В ангийском варианте это звучит как «Light pillar». Солнечный столб – это вполне изученный оптический эффект, представляющий собой вертикальную полосу света, которая тянется ввысь от заходящего или восходящего солнца. Это явление вызывается ледяными кристаллами (шестиугольными плоскими или же столбовидными) с плоскими, почти горизонтальными параллельными поверхностями. Повисая в холодном воздухе, эти плоские кристаллы, преломляя солнечный свет, способны вызывать солнечный столб, вид которого зависит от взаимного расположения кристаллов:
- Плоские шестиугольные «работают», если светило находится на высоте шести градусов над горизонтом (либо позади него);
- Столбовидные кристаллы «включаются» в игру солнечного света, если светило поднимается на высоту в двадцать градусов над горизонтом.
- Нередко световые столбы формируются вокруг Луны, огней больших городов и других ярких источников света. Исходя от низко расположенных источников света, столбы обычно получаются намного длиннее, чем солнечные или лунные. И чем ближе наблюдатель находится по отношению к световому столбу, тем менее на его внешнем виде сказывается пространственное расположение кристаллов.
Эффект Тиндаля
Иногда этот любопытный оптический эффект ещё называют «рассеянием Тиндаля» (в английском варианте – «Tyndall effect»), названный по имени открывшего его Джона Тиндаля (родился в 1893 году в Ирландии), - английского физика, члена Лондонского королевского общества. Тиндаль так же изучал строение и движение Альпийских ледников, и благодаря его открытиям в национальном парке Торрес-дель-Пайне (в Чили) в его честь был назван ледник Тиндаль. Его книги по рассеянию света в мутных средах, акустике, магнетизму, поглощению теплового излучения газами и парами переведены на многие языки мира.
Суть эффекта Тиндаля проста: при прохождении пучка света через оптически неоднородную среду - будь то любые непрозрачные, крупные или мелкие скопления предметов, обычно можно наблюдать рассеяние света в виде светящегося конуса, хорошо видимого на тёмном фоне (так называемый конус Тиндаля).
Этот эффект характерен для табачного дыма, тумана, металлов, разбавленных латексов и других растворов коллоидных систем. Частицы этих материалов и окружающая их среда различаются по показателю преломления. Так мы можем наблюдать туманным утром рассеивание солнечных лучей в лесной чаще.
А на этом фото – стакан муки, растворённой в воде. Наблюдателю кажется, что мука имеет синий цвет, однако она так и осталась белой – просто синий свет рассеян её частицами сильнее, чем красный свет. На эффекте Тиндаля, ко всему прочему, основан целый ряд оптических методов для определения формы, размера и концентрации макромолекул и коллоидных частиц в разных средах.
|
