22° гало

Атмосферные оптические явления

Гало 22° вокруг Солнца

Гало 22° вокруг Луны

22° гало — это атмосферное оптическое явление , которое состоит из гало с видимым диаметром приблизительно 22° вокруг Солнца или Луны . Вокруг Солнца его также можно назвать солнечным гало . ^[1] Вокруг Луны его также называют лунным кольцом , штормовым кольцом или зимним гало . Он образуется, когда солнечный или лунный свет преломляется миллионами шестиугольных ледяных кристаллов, взвешенных в атмосфере. ^[2] Его радиус, если смотреть с Земли, примерно равен длине вытянутой руки. ^[3]

Формирование

Путь света через шестиугольную призму под оптимальным углом, приводящий к минимальному отклонению.

Путь света от облаков до наблюдателя.

Несмотря на то, что это один из самых распространенных типов гало, форма и ориентация ледяных кристаллов, ответственных за 22° гало, являются предметом споров. Шестиугольные, беспорядочно ориентированные колонны обычно выдвигаются как наиболее вероятные кандидаты, но это объяснение представляет проблемы, такие как тот факт, что аэродинамические свойства таких кристаллов приводят к тому, что они ориентированы горизонтально, а не беспорядочно. Альтернативные объяснения включают участие кластеров ледяных колонн в форме пули. ^{[4] [5]}

Когда свет проходит через угол при вершине 60° шестиугольных ледяных призм , он отклоняется дважды, что приводит к углам отклонения от 22° до 50°. Учитывая угол падения на шестиугольную ледяную призму и показатель преломления внутри призмы , угол отклонения можно вывести из закона Снеллиуса : ${\displaystyle \theta _{\text{incidence}}}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle \theta _{\text{deviation}}}$

${\displaystyle \theta _{\text{deviation}}=\theta _{\text{incidence}}+\sin ^{-1}\left[n\sin \left({\frac {\pi }{3}}-\sin ^{-1}{\frac {\sin \theta _{\text{incidence}}}{n}}\right)\right]-{\frac {\pi }{3}}.}$

Для = 1,309 угол минимального отклонения составляет почти 22° (21,76°, когда = 40,88°). Точнее, угол минимального отклонения составляет 21,84° в среднем ( = 1,31); 21,54° для красного света ( = 1,306) и 22,37° для синего света ( = 1,317). ^{[ необходима цитата ]} Это зависящее от длины волны изменение рефракции приводит к тому, что внутренний край круга становится красноватым, а внешний край — голубоватым. ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle \theta _{\text{incidence}}}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$

Все ледяные кристаллы в облаках отклоняют свет одинаково, но только те, что находятся в определенном кольце на 22 градуса, вносят вклад в эффект для наблюдателя на установленном расстоянии. Поскольку свет не преломляется под углами меньше 22°, небо внутри гало темнее. ^[6]

Другой способ интуитивно понять формирование гало 22° — рассмотреть следующую логику:

• Все лучи от Солнца/Луны падают на наблюдателя параллельно.
• Рассмотрим частный случай, когда источник находится прямо наверху неба.
• Гексагональные кристаллы воды могут принимать любую ориентацию. Но любое вращение свыше 30° будет излишним при анализе углов, образуемых выходящими лучами. Это означает, что для всех входящих вертикальных лучей нам нужно рассматривать только углы падения в диапазоне от 30° до 60°, которые возлагаются на один край гексагонального кристалла; именно они достигнут наблюдателя.
• Для указанного выше диапазона углов падения мы можем найти угол выходящего луча относительно вертикали, который фактически является углом, образуемым глазом наблюдателя.
• Углы исходящих лучей (на графиках справа на рисунке ниже) были получены из уравнения внизу. Для большинства углов вращения среднее значение углов исходящих лучей для красного цвета колеблется около 22°, а для синего — немного выше.

Возможные ориентации кристаллов воды и соответствующие им углы исходящих лучей

Угол поворота = ${\displaystyle \alpha }$

${\displaystyle \theta =\sin ^{-1}\left[n\sin \left({\frac {\pi }{3}}-\sin ^{-1}{\frac {\sin \left(\pi /3-\alpha \right)}{n}}\right)\right]-\alpha .}$

Другое явление, приводящее к образованию кольца вокруг Солнца или Луны, и поэтому иногда путаемое с 22° гало, — это корона . Однако, в отличие от 22° гало, оно создается каплями воды, а не кристаллами льда, и гораздо меньше и красочнее. ^[3]

Погодные отношения

Солнечное гало 22° с очень тонкими перисто-слоистыми облаками .

В фольклоре лунные кольца предупреждают о приближающихся штормах. ^[7] Как и другие ледяные гало, гало 22° появляются, когда небо покрыто тонкими перистыми или перисто-слоистыми облаками , которые часто появляются за несколько дней до большого штормового фронта. ^[8] Однако те же облака могут также появляться без какого-либо связанного с этим изменения погоды, что делает гало 22° ненадежным признаком плохой погоды. ^{[ необходима цитата ]}

Солнечное гало 22° с паргелиями и нижней касательной дугой .

Смотрите также

• 46° гало
• Околозенитная дуга
• Окружно-горизонтальная дуга
• собака солнца
• Паргелический круг
• Лунная собака
• Лунная радуга

Ссылки

1. Стюарт-Улин, Хлоя Роуз (15 апреля 2024 г.). «Полное солнечное затмение оставило удивительную тень». The New York Times .
2. ""Диск с дыркой" в небе". atoptics.co.uk . Получено 15 октября 2022 г. .
3. Les Cowley. "22° Circular halo". Atmospheric Optics. Архивировано из оригинала 2020-11-30 . Получено 2007-04-15 .
4. Тейп, Уолтер; Моиланен, Ярмо (2006). Атмосферные гало и поиск угла x. Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. стр. 15. ISBN 0-87590-727-X.
5. Коули, Лес (апрель 2016 г.). «Пулевые розетки и 22° гало». Атмосферная оптика . Получено 30 апреля 2016 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
6. Лес Коули. "Формирование гало 22°". Atmospheric Optics. Архивировано из оригинала 2021-01-19 . Получено 2007-04-15 .
7. "Почему гало вокруг солнца или луны?". earthsky.org . EarthSky . Получено 3 августа 2016 г. Лунные гало — признаки того, что бури находятся поблизости.
8. Харрисон, Уэйн (1 февраля 2012 г.). «Нельсон: кольцо вокруг Луны — признак приближающегося шторма». The Denver Channel . Денвер. TheDenverChannel.com. Архивировано из оригинала 3 февраля 2012 г. Получено 4 февраля 2012 г.