.jpg/1280px-Moon_Halo_Over_Mayall_(Moon-Halo-Over-Mayall-3-CC).jpg)
Гало (от древнегреческого ἅλως ( hálōs ) «гумно, диск») [1] — оптическое явление, возникающее при взаимодействии света (обычно от Солнца или Луны) с кристаллами льда, взвешенными в атмосфере . Гало могут иметь множество форм, от цветных или белых колец до дуг и пятен на небе. Многие из них появляются вблизи Солнца или Луны , но другие возникают в других местах или даже в противоположной части неба. Среди наиболее известных типов гало — круглое гало (правильно называемое гало 22° ), световые столбы и солнечные собаки , но встречаются и многие другие; некоторые из них довольно распространены, а другие крайне редки.
Кристаллы льда, ответственные за гало, обычно находятся подвешенными в перистых или перисто-слоистых облаках в верхней тропосфере (5–10 км (3,1–6,2 мили)), но в холодную погоду они также могут плавать около земли, в этом случае их называют алмазной пылью . Особая форма и ориентация кристаллов отвечают за тип наблюдаемого гало. Свет отражается и преломляется кристаллами льда и может разделяться на цвета из-за дисперсии . Кристаллы ведут себя как призмы и зеркала , преломляя и отражая свет между своими гранями, посылая лучи света в определенных направлениях.
Атмосферные оптические явления, такие как гало, были частью погодных знаний, которые были эмпирическим средством прогнозирования погоды до развития метеорологии . Они часто указывают на то, что в течение следующих 24 часов пойдет дождь, поскольку перисто-слоистые облака, которые их вызывают, могут означать приближающуюся фронтальную систему.
Другие распространенные типы оптических явлений, в которых участвуют капли воды, а не кристаллы льда, включают глори и радугу .
Хотя Аристотель упоминал гало и паргелии, в древности первыми европейскими описаниями сложных проявлений были описания Кристофа Шайнера в Риме ( ок. 1630 ), Иоганна Гевелия в Данциге (1661) и Тобиаса Ловица в Санкт-Петербурге ( ок. 1794 ). Китайские наблюдатели записывали их на протяжении столетий, первой ссылкой был раздел «Официальной истории династии Цинь» ( Цзинь Шу ) в 637 году, посвященный «Десяти гало», в котором давались технические термины для 26 явлений солнечного гало. [2]
Хотя Vädersolstavlan ( швед . «Картина солнечной собаки», буквально «Картина солнца погоды») в основном известна и часто цитируется как старейшее цветное изображение города Стокгольма , Vädersolstavlan, возможно, также является одним из старейших известных изображений гало, включая пару солнечных собак . В течение двух часов утром 20 апреля 1535 года небо над городом было заполнено белыми кругами и дугами, пересекающими небо, в то время как дополнительные солнца (т. е. солнечные собаки) появились вокруг Солнца.
Световой столб, или солнечный столб, выглядит как вертикальный столб или колонна света, поднимающаяся от Солнца около заката или восхода, хотя он может появляться и под Солнцем, особенно если наблюдатель находится на большой высоте. Гексагональные пластинчатые и столбчатые ледяные кристаллы вызывают это явление. Пластинчатые кристаллы обычно вызывают столбы только тогда, когда Солнце находится в пределах 6 градусов от горизонта; столбчатые кристаллы могут вызывать столб, когда Солнце находится на высоте до 20 градусов над горизонтом. Кристаллы имеют тенденцию ориентироваться почти горизонтально, когда они падают или плывут по воздуху, а ширина и видимость солнечного столба зависят от выравнивания кристаллов.
Световые столбы могут также образовываться вокруг Луны, уличных фонарей или других ярких источников света. Столбы, образующиеся из наземных источников света, могут казаться намного выше, чем те, которые связаны с Солнцем или Луной. Поскольку наблюдатель находится ближе к источнику света, ориентация кристалла имеет меньшее значение при формировании этих столбов.
Среди наиболее известных гало — гало 22° , часто называемое просто «гало», которое выглядит как большое кольцо вокруг Солнца или Луны с радиусом около 22° (примерно ширина вытянутой руки на расстоянии вытянутой руки). Кристаллы льда, которые вызывают гало 22°, ориентированы в атмосфере полуслучайно, в отличие от горизонтальной ориентации, необходимой для некоторых других гало, таких как солнечные собаки и световые столбы. В результате оптических свойств вовлеченных ледяных кристаллов свет не отражается внутрь кольца, делая небо заметно темнее, чем небо вокруг него, и создавая впечатление «дыры в небе». [3] Гало 22° не следует путать с короной , которая представляет собой другое оптическое явление, вызванное каплями воды, а не ледяными кристаллами, и которая имеет вид разноцветного диска, а не кольца.
Другие гало могут образовываться под углом 46° к Солнцу , на горизонте или вокруг зенита и могут выглядеть как полные гало или неполные дуги.
Кольцо Боттлингера — редкий тип гало, которое имеет эллиптическую, а не круглую форму. Оно имеет небольшой диаметр, что делает его очень трудноразличимым в ярком свете Солнца и более вероятным для наблюдения вокруг более тусклого субсолнца , часто наблюдаемого с вершин гор или самолетов. Кольца Боттлингера пока не очень хорошо изучены. Предполагается, что они образованы очень плоскими пирамидальными ледяными кристаллами с гранями под необычно низкими углами, подвешенными горизонтально в атмосфере. Эти точные и физически проблематичные требования объясняют, почему гало встречается так редко. [4]
На корнуольском диалекте английского языка гало вокруг солнца или луны называется « петушиный глаз» и является предзнаменованием плохой погоды. Термин связан с бретонским словом kog-heol (солнечный петух), которое имеет то же значение. [5] В Непале гало вокруг солнца называется Indrasabha с коннотацией к собранию лорда Индры — индуистского бога молнии, грома и дождя. [6]
Природные явления могут быть воспроизведены искусственно несколькими способами. Во-первых, с помощью компьютерного моделирования [7] [8] или, во-вторых, экспериментальными способами. Что касается последнего, это происходит, когда один кристалл вращается вокруг соответствующей оси/осей, или химический подход. Еще более косвенный экспериментальный подход заключается в поиске аналогичных геометрий преломления.
Этот подход использует тот факт, что в некоторых случаях средняя геометрия преломления через ледяной кристалл может быть имитирована / сымитирована посредством преломления через другой геометрический объект. Таким образом, дуга зенитная , дуга горизонтальная и дуги солнечной пещеры Парри могут быть воссозданы посредством преломления через вращательно-симметричные (т. е. непризматические) статические тела. [9] Особенно простой настольный эксперимент искусственно воспроизводит красочные дуги зенитная и горизонтальная, используя только стакан с водой. Преломление через цилиндр с водой оказывается (почти) идентичным усредненному по вращению преломлению через вертикальный шестиугольный кристалл льда / ориентированные пластиной кристаллы, тем самым создавая ярко окрашенные дуги зенитная и горизонтальная. Фактически, эксперимент с жидким стеклом часто путают с представлением радуги, и он существует по крайней мере с 1920 года. [10]
Следуя идее Гюйгенса о (ложном) механизме 22° паргелии, можно также осветить (сбоку) заполненный водой цилиндрический стакан с внутренним центральным препятствием в половину диаметра стакана, чтобы при проецировании на экран получить вид, очень похожий на паргелию (ср. сноску [39] в [9] или см. здесь [11] ), внутренний красный край переходит в белую полосу под большими углами по обе стороны от прямого направления передачи. Однако, хотя визуальное соответствие близко, этот конкретный эксперимент не включает в себя поддельный каустический механизм и, таким образом, не является реальным аналогом.
Самые ранние химические рецепты для создания искусственных гало были предложены Брюстером и дополнительно изучены А. Корню в 1889 году. [12] Идея заключалась в создании кристаллов путем осаждения солевого раствора. Бесчисленные мелкие кристаллы, полученные таким образом, затем при освещении светом вызовут гало, соответствующие определенной геометрии кристалла и ориентации / выравниванию. Существует несколько рецептов, и их продолжают открывать. [13] Кольца являются обычным результатом таких экспериментов. [14] Но также дуги Парри были искусственно созданы таким образом. [15]
Самые ранние экспериментальные исследования явлений гало приписываются [16] Огюсту Браве в 1847 году. [17] Браве использовал равностороннюю стеклянную призму, которую он вращал вокруг своей вертикальной оси. При освещении параллельным белым светом это создавало искусственный паргелический круг и множество вложенных паргелиев. Аналогично, А. Вегенер использовал гексагональные вращающиеся кристаллы для создания искусственных субпаргелиев. [18] В более поздней версии этого эксперимента было обнаружено гораздо больше вложенных паргелиев с использованием коммерчески доступных [19] гексагональных стеклянных кристаллов BK7. [20] Простые эксперименты, подобные этим, можно использовать в образовательных целях и демонстрационных экспериментах. [13] [21] К сожалению, с помощью стеклянных кристаллов невозможно воспроизвести околозенитную дугу или окологоризонтальную дугу из-за полных внутренних отражений, препятствующих требуемым траекториям лучей, когда .
Еще раньше Бравэ итальянский ученый Ф. Вентури экспериментировал с заостренными призмами, заполненными водой, чтобы продемонстрировать околозенитную дугу. [22] [23] Однако это объяснение позже было заменено правильным объяснением CZA Бравэ. [17]
Искусственные кристаллы льда использовались для создания гало, которые в противном случае недостижимы при механическом подходе с использованием стеклянных кристаллов, например, околозенитных и окологоризонтальных дуг. [26] Использование ледяных кристаллов гарантирует, что созданные гало имеют те же угловые координаты, что и естественные явления. Другие кристаллы, такие как фторид натрия (NaF), также имеют показатель преломления, близкий к показателю преломления льда, и использовались в прошлом. [27]
Для создания искусственных гало, таких как касательные дуги или описанные гало, необходимо вращать один столбчатый гексагональный кристалл вокруг двух осей. Аналогично, дуги Ловитца можно создать, вращая один пластинчатый кристалл вокруг двух осей. Это можно сделать с помощью спроектированных гало-машин. Первая такая машина была построена в 2003 году; [28] последовало еще несколько. [25] [29] Помещая такие машины внутрь сферических проекционных экранов и по принципу так называемого преобразования неба [30] , аналогия становится почти идеальной. Реализация с использованием микроверсий вышеупомянутых машин создает подлинные проекции без искажений таких сложных искусственных гало. [9] [24] [25] Наконец, суперпозиция нескольких изображений и проекций, созданных такими гало-машинами, может быть объединена для создания одного изображения. Полученное в результате суперпозиционное изображение представляет собой представление сложных естественных гало-дисплеев, содержащих множество различных наборов ледяных призм с разной ориентацией. [24] [25]
Экспериментальное воспроизведение круглых гало является наиболее сложным с использованием только одного кристалла, в то время как это самый простой и обычно достигаемый с использованием химических рецептов. Используя один кристалл, нужно реализовать все возможные 3D-ориентации кристалла. Это недавно было достигнуто двумя подходами. Первый из них использует пневматику и сложную оснастку, [29] а второй — основанный на Arduino случайный блуждающий аппарат, который стохастически переориентирует кристалл, встроенный в прозрачную тонкостенную сферу. [21]
.jpg/1280px-Halo_solar_en_Buenos_Aires,_Argentina_(10_de_diciembre_de_2022).jpg)
{{cite journal}}: CS1 maint: location (link){{cite book}}: CS1 maint: location (link)