Гало


Часто, когда небо затянуто легкой вуалью перистых облаков, вокруг Солнца появляется светлый круг. Внутренний край его, обращенный к Солнцу, очерчен отчетливо и слегка окрашен в красноватый цвет, внешний край, более далекий от светила, — более тусклый и как бы размывается на фоне неба в слабое голубоватое сияние.

Изредка не один, а два таких круга окружают Солнце. Иногда светлая полоса проходит через Солнце параллельно горизонту, и тогда на нем, справа и слева от Солнца, появляются два более ярких радужных пятна — ложные солнца. Изредка бывают видны радужные дуги и пересекающиеся окружности, словно гигантским циркулем расчерченные на бело-голубом небосводе.

Эти светлые дуги и кольца называют гало. Они бывают не только днем, около Солнца, но и ночью, вокруг Луны. Тогда они, пожалуй, еще красивее.

Мягкий лунный свет не мешает нам видеть на темном фоне ночного неба радужные, словно перламутром отливающие кольца.

Одно из самых красивых гало наблюдал петербургский астроном Т. Ловиц 29 июля (по новому стилю) 1790 года между 7 и 12 часами дня. Это явление было им самим зарисовано в день наблюдения, и с тех пор оно вошло в науку под его именем.

Солнце было окружено двойным внутренним кругом и беловатым с красной каемкой внешним кругом. Горизонтальный круг можно было проследить вокруг всего неба, и на нем были не два ложных солнца, как обычно, а целых пять.

Такое красивое и сложное гало, какое видел Ловиц, — явление очень редкое, но простые формы гало, состоящие из 2—3 кругов и дуг, можно видеть почти всякий раз, когда после ясной, хорошей погоды надвигается на небо сплошной покров тонких и полупрозрачных перистых облаков.

Вероятно, из всех красивых явлений на небе мы чаще всего наблюдаем гало и, возможно, мало обращаем на него внимания. А между тем его появление на небе очень поучительно. Если радуга могла нам рассказать кое-что о капельках воды в атмосфере, то гало может много рассказать о кристаллах льда, тех самых, из которых зарождается снег и дождь, а иногда град и крупа.

О чем говорит нам гало?

Гало возникает в кристаллах так же, как радуга в каплях. Но все капли имеют одинаковую форму шариков, а кристаллы льда, плавающие в атмосфере, очень разнообразны по форме и по размерам. Кроме того, каждый кристалл может занимать самые различные положения.

Лед в атмосфере может наблюдаться в самой разнообразной форме — от микроскопических ледяных иголочек до больших красивых ветвистых снежинок, какие видел каждый из нас. Очень часто эти кристаллы — пластинчатые, в виде плоских тонких звездочек, пластинок шестиугольной или, реже, треугольной формы. Мы легко можем наблюдать такие снежинки невооруженным глазом — они довольно велики, и зимой их нетрудно рассмотреть, например, на темной материи пальто. Гораздо труднее наблюдать призматические кристаллы льда в виде столбиков или иголочек; они обычно так малы, что их можно рассмотреть только в микроскоп. Вы уже знаете, что такие мелкие кристаллы чаще всего появляются в верхних слоях атмосферы и из них состоят плавающие на высоте 7—10 километров перистые облака. Эти ледяные иголочки — шестигранные. Очень часто они не сплошные и внутри них имеются пустоты — с одного или с обоих концов. Если этих пустот нет и столбик льда сплошной, то концы его могут быть либо плоскими, либо заканчиваться острыми пирамидками.

Такой микроскопический столбик — кристалл может, медленно падая, долго плавать в атмосфере. Плавая, он может поворачиваться к Солнцу то боковой своей гранью, то основанием.

Если солнечный луч упадет на боковую грань столбика, то он преломляется и может выйти через другую боковую же грань (рис. 10, А). Но при этом он никогда не попадает на соседнюю грань, а только на противоположную или соседнюю с противоположной. Если он попадет на противоположную грань, то после второго преломления выйдет из кристалла в прежнем направлении так, как если бы он прошел через плоскую стеклянную пластинку. Попадая (внутри кристалла) на грань, соседнюю с противоположной, он преломится так, как он преломился бы в призме с углом 60 градусов у вершины.

Если солнечный луч падает на боковую грань, а выходит через основание пластинки (рис. 10, Б), то угол между ними — преломляющий угол — прямой, то есть равен 90 градусам.

Когда в атмосфере находится большое количество кристалликов льда, расположенных в полном беспорядке под самыми различными углами, то лучи Солнца падают на грани этих кристаллов тоже под различными углами, и тогда могут быть все случаи преломления, описанные выше. Теория, подобная теории радуги, показывает, что сравнительно самое большое число преломленных лучей выйдет из кристаллов льда под углом 21°34' — если рассматривать красные лучи, и под углом 22°22' — если рассматривать фиолетовые лучи. Поэтому те кристаллики, которые будут видны на расстоянии около 22 градусов от Солнца, будут казаться нам светлыми: вокруг Солнца появится светлый круг. Внутренний край этого круга будет окрашен в красноватый цвет, наружный — в голубоватый.

Подобным же образом лучи, вошедшие через боковые грани кристалликов и вышедшие через их основания, в большинстве случаев будут отклоняться на угол около 46 градусов. Такие преломленные лучи попадут в наш глаз только от кристалликов, которые видны в небесном своде на расстоянии 46 градусов от Солнца. Эти сверкающие кристаллики образуют второй — большой — круг гало.

Эти два гало — два концентрических круга около Солнца (большой 46 градусов и малый 22 градуса) — наблюдаются чаще всего. Это значит, что кристаллики льда чаще всего плавают в атмосфере совершенно беспорядочно и в вертикальном и в наклонном положении. Гало в 46 градусов наблюдается несколько реже малого гало, то есть лучи, вошедшие в кристалл через боковую грань, чаще всего выходят через другую боковую грань, а не через основание. Это значит, что чаще всего кристаллики имеют вид длинных иголок или призм. Очевидно, что пластинки или звездочки в высоких слоях атмосферы наблюдаются сравнительно редко.

Предположим, что все игольчатые кристаллы расположились в атмосфере правильным образом, например все направлены вертикально. Так могут падать в атмосфере, вероятно, кристаллы, у которых один конец тяжелее другого, — иглы с пустотой в одном конце. Тогда солнечные лучи будут правильным образом отражаться от параллельных граней. Мы как бы увидим большое число отражений от большого числа маленьких вертикальных зеркал, и все эти отражения для нашего глаза сольются в один горизонтальный круг.

Сходное явление происходит и тогда, когда в атмосфере плавает множество ледяных пластинок или плоских звездочек и все они падают плашмя. Тогда днем лучи Солнца, а ночью лучи, например, уличных фонарей, отражающиеся от нижней поверхности этих пластинок, образуют вертикальные столбы над Солнцем или фонарями. Такие вертикальные столбы чаще всего наблюдаются в сильно морозную погоду.

Все эти явления наблюдал петербургский астроном Ловиц в 1790 году; явление, которое он видел, изображено на рис. 9.

Проследив, как преломляются и отражаются лучи Солнца в кристаллах льда, можно объяснить и все другие явления гало. Наоборот, наблюдая гало, можно сказать, какие кристаллы его создают и в каком положении они для этого должны находиться в атмосфере.