атмосферное явление гало что это такое простыми словами

Гало в небе как природное явление – описание, формы и фото

Небо – удивительная штука, постоянно меняющаяся и разнообразная. Но часто ли мы обращаем свое внимание на небо? Обычно люди не замечают и не интересуются тем, что творится в небе. И лишь тогда, когда в нем происходят странные явления, внимание к нему повышается и начинают говорить о том, что небо подает людям знаки. Одним из таких необычных природных явлений считается гало – световые дуги или окружности вокруг солнца или луны. Но откуда они берутся и почему пропадают столь же внезапно, как и появляются? Давайте вместе разберемся в этом вопросе.

Явление гало

Итак, слово “гало” происходит от греческого слова “галос“, которое означает “круг”или “диск”. Наиболее близкое к гало природное явление, которое нам хорошо знакомо, – радуга, то есть преломление лучей небесного светила. Но в отличие от радуги, которую можно наблюдать лишь в дневное время, стоя спиной к солнцу, в насыщенном влагой воздухе, гало появляется на небе в любое время суток – вокруг солнца или луны (а бывает, что и около мощного источника искусственного света).

Природа явления гало на небе (5-10 км над землей, в верхних слоях тропосферы) – преломление и разложение в спектр лучей света (дисперсия) в мельчайших кристалликах льда, а также их отражение от боковых граней или оснований этих кристаллов, имеющих форму шестигранных столбиков или пластинок. Кристаллы могут быть разных размеров и иметь разную природу своего происхождения в атмосфере, но при этом подчиняться единым законам физики – постепенно падать, вращаясь с одинаковой для всех угловой скоростью, неподвижно парить или гармонично колебаться.

Дуги или окружности, образующие гало, возникают на некотором расстоянии от светила, равноудаленном от источника света. Иногда кроме окружности или ее отрезков (дуг) появляется и вторая, расположенная дальше первой, но всегда на одном и том же расстоянии от светила. На этих дугах и окружностях могут находиться яркие световые пятна – ложные солнца или ложные луны. Их бывает несколько, но все они всегда стоят на той же высоте над горизонтом, что и само светило, причем иногда даже напротив него, на другой стороне неба.

Преломление света в небе

Если опираться на статистику наблюдений явления гало в небе, то можно сделать вывод, что возникновение гало характерно для перисто-слоистых облаков, в которых солнечный свет сложным образом преломляется, отражается и рассеивается в мелких кристалликах – шестиугольных ледяных призмах, пирамидах, столбцах или пластинках. Благодаря оптическим свойствам этих кристалликов, отличающихся более правильной структурой, чем капельки воды, гало выглядит гораздо живописнее, чем ореолы и венцы. Нередко перисто-слоистые облака предвещают приближение атмосферного фронта, поэтому по появлению гало можно предсказывать ухудшение погоды.

При прохождении лучей солнца через перисто-слоистые облака, которые состоят из ледниковых кристаллов, на небе могут появиться световые косые кресты, дуги, дополнительные (ложные) солнца, светящиеся столбы от линии горизонта к светилу и другие картинки, напоминающие те или иные предметы. Такие явления в русских летописях называли “галосами”, а теперь именуют солнечными гало.

Ранее у людей появление гало на небе вызывало страх и панику – они казались кровавыми мечами и интерпретировались как предвестники большой беды – начала войны, голода, эпидемии и т.д

С другой стороны, перемена в погоде, накануне которых часто возникают гало в небе, – тоже вещь неприятная, особенно когда речь идет о стихийных бедствиях.

Формы и виды гало

Форма гало зависит от положения кристаллов друг относительно друга при падении в атмосфере, когда они испытывают атмосферное торможение и принимают такое положение, при котором создается наибольшее сопротивление воздуха. однако броуновское движение и атмосферные флуктуации препятствуют этому, в результате чего мелкие кристаллы располагаются в облаке хаотично, а крупные столбчатые кристаллы и пластинки больше подвержены воздействию атмосферного торможения из-за площади своей поверхности, поэтому они падают ориентированно.

Формы гало

Виды гало

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.

Наши наблюдения гало на небе

Мы много раз видели это явление, однако не всякий раз при себе был фотоаппарат. Но особенно нам запомнились два случая: когда мы ехали по Дмитровскому шоссе в сторону Москвы, и эффектное солнечное явление сопровождало нас почти всю поездку. А еще одним солнечным днем в Пае в Северном Таиланде мы увидели очень красивый световой круг в ясном небе.

Источник

Занимательная физика на пальцах: гало

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

Атмосферное явление гало что это такое простыми словами

Светлые круги вокруг солнца, или гало, наряду с радугой и солнечным сиянием одно из самых прекрасных и великолепных явлений, которое предлагает нам небо. Оно нечасто появляется, поэтому кажется чудом, требующим разъяснений.

Что такое гало

Светящиеся эффектные явления, возникающие на небе вокруг солнца или луны в виде кругов, ярких пятен, радужных дуг, относятся к гало. Слово гало греческого происхождения – «halos» переводится как «круг».

Обычно внутренняя часть ореола окрашена в бледно-красный цвет, переходящий к оранжевому и желтому и заканчивающийся сине-белым краем снаружи. Кроме того, видно, что часть неба внутри кольца несколько темнее.

Другое оптическое явление, которое регулярно возникает вместе со светящимся ореолом – это паргелий, по-другому называемый «ложным солнцем». Это два эффектных световых пятна, белые или радужные. Один из них расположен слева, а другой – справа от источника на той же высоте над горизонтом, хотя часто видится только один из них.

Также можно увидеть светящиеся круги вокруг луны, в том числе парселена, аналогичная паргелию. Но они всегда выглядят белыми. Это связано с особенностями человеческого зрения.

Причины появления гало

Согласно геометрии минимальный угол, на который отклоняется свет, преломившись два раза при входе-выходе в гексагональном кристалле равен 22°. Поэтому при образовании 22-градусного гало виден круг на расстоянии 22 градуса или 1/8 всего небосвода от солнца (от горизонта до зенита или самой высокой точки в небе 90 градусов). Он сделан кристаллами, которые преломили солнечный свет на минимальный угол.

Преломление света кристаллами

Большое кольцо вокруг солнца в 46° получается от лучей, проходящих через боковую грань кристалла или его основание. Он менее выражен и появляется реже. У гало Гевелия, названного именем польского астронома, величина радиуса равна 90 градусов. Светлое неокрашенное кольцо образуется, когда свет просто отражается от пластинок льда.

В зависимости от того, как кристаллы распределены в облаке, то есть от того, как они ориентированы, и присутствуют в большем или меньшем количестве, появляется ореол разной интенсивности.

Еще в древности светящимся кольцам на небе приписывалось мистическое значение. Было замечено, что солнечное гало наблюдается накануне перемены погоды, являясь ее предвестником. Это объяснимо, так как перисто-слоистые облака составляют систему облаков теплого фронта. Они предвещают приближение потепления. Радуга зимой предупреждает о сильных морозах и снежных метелях.

Солнечное гало, как и лунное, имеет множество форм. Всего насчитывается более 90 разновидностей гало.

Это разнообразие появилось из-за способа прохождения света через кристалл, его размера и расположения в воздухе. Вот наиболее частые случаи:

Все виды гало имеют большую классификацию по разным признакам:

Светящиеся круги могут располагаться не только в вертикальной, но и горизонтальной плоскости. Они называются субгало. Существуют такие светящиеся феномены, у которых пока еще нет научного объяснения.

Где и когда можно увидеть гало

Круги около солнца могут появиться в любое время года в любой точке планеты, если природа для этого создаст подходящие условия. Часто гало на небе наблюдалось при морозной погоде, повышенной влажности и выглядело как зимняя радуга. Еще одно условие – должно быть достаточное количество кристаллов льда.

Эффект гало можно наблюдать ранним утром, когда возникают большие температурные перепады. В это время можно увидеть ложное солнце. Светящийся диск поднимется над горизонтом и выглядит почти как наша звезда, хотя она взойдет чуть позже.

Солнечные столбы вырисовываются, когда свет преломляется в медленно падающих кристаллах льда. Они смотрятся как лучи, направленные вертикально от солнца. Увидеть этот эффект можно утром или вечером.

Наблюдать светящийся нимб можно не только днем, но и в темное время суток – кольцо вокруг луны или фонаря на улице.

Как наблюдать явление

Созерцать эффектное зрелище безопаснее в солнцезащитных очках, так как такое природное явление имеет яркое свечение и может негативно повлиять на роговицу, вызвать ожоги сетчатки и необратимую слепоту наблюдателя. Нужно принять меры защиты. Солнечный диск перед глазами следует закрыть каким-либо предметом.

Чтобы получить красивую фотографию, солнце нужно спрятать за любым предметом в кадре, например, за зданием. Некоторые фотографы используют специальные световые фильтры. Если небо облачное, глазам не больно смотреть на оптический феномен, то фотографировать тоже можно без фильтра.

Отличие от радуги

Иногда необычный солнечный феномен путают с радугой. Оба явления происходят в атмосфере при участии света и проявлении его оптических свойств. Но различия между ними легко понять и запомнить:

Кроме того, всем известно, что радуга появляется после дождя, а светящийся ореол – перед изменением погоды.

Источник

Что такое «гало»?

Самый простой ответ — «радуга» вокруг солнца. Радуга, которая создается не капельками воды (как обычная радуга), а радуга, которая создается ледяными кристалликами. Наблюдать гало на небе можно в любое время года, ночью и днем, вокруг солнца или луны и даже вокруг фонарей или ламп (последнее возможно только в холодную погоду).

Гало — атмосферное оптическое явление, так же как радуга и северное сияние. Природа этого явления — дисперсия света в кристаллах льда. В отличии от капелек воды (которые отличаются только размером) ледяные кристаллы бывают разной формы и могут летать в воздухе разными способами: парить, вращаться, медленно падать и т.д. Поэтому радуга всегда располагается в одном месте на небе (нужно стать к солнцу спиной, чтобы ее увидеть), а гало бывают разных видов (около сотни).

Теория гало была разработана французским физиком Э. Мариоттом.

Осторожно! физика.
Кристаллы льда в нашей вселенной имеют определенную форму — шестиугольной призмы. Свет может пройти через такой кристаллик напрямую, либо повернув в сторону. Минимальный угол, на который отклоняется луч света — примерно 22 градуса (это следует из геометрии, как ни крути призму, меньший угол не получится, законом преломления и отражения света, оптических свойств льда). Поэтому, если смотреть на солнце через облако с кристалликами льда (см. условия возникновения гало, когда такое может быть), то наблюдатель увидит солнце, окруженное кругом — узкой светящейся радужной (или просто светлой или красно-желтая) полосой на расстоянии 22 градуса (1/8 всего небосвода) от солнца. Этот круг сформирован теми кристалликами, которые были повернуты ровно так, чтобы свет отклонился на минимальный угол. За светлым кругом небо немного светлее, чем внутри — эту засветку создают кристаллы, ориентированные произвольно. В облаке кристалликов очень много, поэтому всегда есть самые различные ориентации и формы.
Такой круг и называется гало (гало = круг, на одном из языков), конкретно 22 градусным гало. Но всего известно около сотни различных видов гало, они отличаются различным путем прохождения света через кристалл, размерами и ориентацией кристалла.

Как отличить гало от радуги?

Как отличить гало от северного сияния?
Есть один вид гало, наблюдаемый зимой, который часто путают с северным сиянием, называется световой лес

Найдите гало на картинке

Дальше информация только для заинтересованных, кому интересно разобраться более подробно что такое гало и какое оно бывает.

Предлагаю различные способы описания и классификации гало по различным основаниям (признакам)

По расположению на небе:

По окрашенности:

По частоте наблюдения:

По удаленности источника света:

По форме и ориентации кристаллов, образующих гало:

Гало, у которых нет достоверной теории

Многие гало пока не объясняются достоверно, существуют различные теории, версии. В таблицу с классификацией эти гало не включены. Эллиптические гало* (elliptical halos), различают по размеру

Кольцо Боттлингера (Bottlinger’s rings), эллипс вокруг субсолнца, бывает двух размеров

*Нетипичные кристаллы обозначает то, они не могут быть объяснены обычными шестиугольными или пирамидальными кристаллами льда. Удовлетворительной теории пока нету.

Гало на кубических кристаллах* (Lascar display halos)

* Кубические ледяные кристаллы были предложены для объяснения фотографии в Чили 1997. Это объяснение не достаточно подтверждено и имеет некоторые слабые места, но оно лучшее из всех что есть. Наблюдение 1997 года было уникальным, ничего подобного никогда не описывалось и не встречалось нигде ранее.Достоверно известно только одно: шестиугольными кристаллами его объяснить невозможно.

** 28° гало часто называют «Scheiner’s halo», Однако не совсем ясно, что на самом деле наблюдал Scheiner, и это название спорно.

Групповые или сложно определяемые эффекты

Ряд наблюдаемых гало (фрагментов) сложно или даже невозможно разделить, определить из каких видов состоит наблюдение, тогда используются групповые (общие названия). К таким относятся

Необъясняемые гало

Все эти гало были сняты, но даже приблизительно обоснования их нет. Информация о редких гало основана на материалах Jarmo Moilanen www.somerikko.net, сообщениях и комментариев в haloreport (Ice Crystal Halos), а так же на переписке с Агнес и Марко (за что им большое спасибо).

Названия некоторых редких гало пока не переведены, поскольку в русскоязычной литературе ни разу не употреблялись. Со временем попробую найти адекватный перевод.

Поляризация

Поляризация света, исходящего от гало, возникает за счет двух процессов: обычного (френелевского) преломления и двойного лучепреломления в кристаллах. Последнее оказывается определяющим поляризационные характеристики.

По существу, каждая компонента двойного лучепреломления дает свое гало, они смещены друг относительно друга на 0,11°. На внутреннем красном крае видна только одна компонента, и степень ее поляризации полная (100%), а далее в сторону от Солнца поляризация уменьшается из-за наложения второй поляризационной компоненты. На расстоянии 0,5° появляется второй максимум поля поляризации с характером поляризации, обратным первому. Полный максимум поляризации можно видеть только в монохроматическом красном свете, другие цветные максимумы из-за их наложения друг на друга не прослеживаются.

Средняя степень поляризации в белом свете у гало 22° около 4%, а у гало 46° около 16%. Этот максимум поляризации можно увидеть визуально, если смотреть через поляризационный фильтр или призму Николя.

Источник