6.45. Колосящаяся нива
Иногда кажется, что колосящаяся нива или высокая трава волнуются: по полю, напоминая волны в океане, движутся яркие и темные пятна. Если подойти к полю совсем близко, увидеть подобное волновое движение не получится. С чем же оно связано?
6.46. Глория
Если встать на горе спиной к солнцу и посмотреть вниз на плотный туман, освещенный прямыми солнечными лучами, вокруг тени головы можно увидеть цветные кольца. Это так называемая глория. Ее еще называют антивенцом, или брокенским призраком.
Чаще всего глорию можно увидеть, когда летишь в самолете над плотными облаками. Она образуется вокруг точки, расположенной прямо напротив солнца. Если самолет летит не слишком далеко от облаков и вы видите его тень, центр глории находится в точке, соответствующей вашему местоположению в самолете. Часто глория имеет форму круга, но иногда может напоминать сильно вытянутый овал. Если расположенная напротив солнца точка оказывается то над облаками, то над землей, глория то исчезает, то появляется, а иногда вместо нее можно видеть венец — увеличение яркости, обусловленное рассеянием света земной поверхностью обратно в направлении солнца.
С чем связано появление глории? Какова последовательность цветов в ней? Как угловой размер глории зависит от размера капель, из которых состоит туман или тучи под вами?
ОТВЕТ • Глория появляется в результате интерференции света, рассеянного назад по направлению к солнцу крошечными капельками воды. Наблюдатель видит глорию, если его глаза воспринимают этот рассеянный свет. Рассеяние — один из видов дифракции, явления, при котором свет вблизи препятствий отклоняется от прямолинейного направления и огибает препятствие. При этом происходит интерференция дифрагированных волн. Это означает, что некоторые из этих волн усиливают друг друга (конструктивная интерференция), а некоторые стремятся погасить друг друга (деструктивная интерференция). В результате образуется дифракционная картина, где лучи света разных цветов расходятся в разных направлениях.
Модель, описывающая образование глории при дифракции на маленьких капельках, очень сложна. Приведем упрощенное объяснение. Рассеянный назад свет состоит, во-первых, из лучей, которые прошли внутрь капли и, отразившись от ее внутренней поверхности, вышли обратно в направлении солнца, и, во-вторых, из лучей, которые обогнули каплю и, скользя вдоль ее задней поверхности, ушли обратно к солнцу. Два типа рассеянных волн либо усиливают, либо гасят друг друга, и при рассеянии на большом числе капель их интерференция приводит к появлению ярких разноцветных колец, причем внешнее кольцо красное, а внутреннее — синее.
Угловой размер глории зависит от размера капель: чем больше капли, тем меньше глория. Обычно размер капель варьируется в очень широком диапазоне, так что кольца разных цветов перекрываются и их бывает трудно разглядеть. Однако, если капли примерно одного размера, цвета хорошо различимы и тогда можно увидеть несколько систем колец, окрашенных в цвета видимого спектра (от синего до красного).
Глория имеет овальную форму, если солнце низко и она появилась поверх длинной гряды облаков, где размер капель меняется в зависимости от расстояния до наблюдателя.
6.47. Корона
Корона — яркая область вокруг солнца или луны, состоящая иногда из цветных колец. Однажды я заметил лунную корону из двух наборов колец всех цветов радуги спектра, а третий, внешний, набор был виден только частично. Зрелище было завораживающим. С чем связано появление короны и какова последовательность цветов в ней? Что определяет размер короны?
ОТВЕТ • Солнечные и лунные короны — результат дифракции света, идущего от них к наблюдателю, на каплях воды в тучах. Дифракция — одна из форм рассеяния, при которой свет огибает препятствие, что приводит к образованию интерференционной картины. Некоторые из дифрагированных волн усиливают друг друга, и появляются яркие участки, а другие — гасят, и возникают темные участки. При дифракции изначально белый свет разлагается на цвета, причем красные лучи отклоняются на больший угол, чем синие, и поэтому внешний край короны обычно красный. Углы, на которые отклоняются лучи разных цветов, зависят от размеров капель. Если капли примерно одного размера (несколько микрометров в диаметре), кольца разных цветов видны отчетливо. При сильном разбросе размеров капель кольца разных цветов перекрываются, и наблюдатель видит белую корону (возможно, красноватую по внешнему краю).
