Гало: оптические явления в атмосфере¶

Гало — группа оптических явлений в атмосфере, возникающих вследствие преломления и отражения света ледяными кристаллами, содержащимися в перистых облаках и туманах. Гало проявляются в виде светящихся колец, дуг, столбов и пятен вокруг Солнца, Луны, а также других ярких источников света. В отличие от радуги, образование которой связано с каплями воды, гало формируется при взаимодействии света с кристаллами льда гексагональной формы.

¶Физическая природа и механизм образования

Основной причиной возникновения гало является прохождение света через взвешенные в атмосфере ледяные кристаллы. Форма и ориентация кристаллов определяют вид наблюдаемого явления. Кристаллы могут иметь форму шестигранных призм, пластинок или пирамид, а их размеры обычно составляют от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Падая в атмосфере, кристаллы ориентируются определённым образом под действием силы тяжести и аэродинамических сил, что приводит к закономерному преломлению света.

Свет, проходя через грань кристалла, преломляется под углом, зависящим от показателя преломления льда (около 1,31) и геометрии кристалла. Минимальный угол отклонения для шестигранной призмы составляет 22°, что объясняет возникновение наиболее распространённого малого гало — круга радиусом 22 градуса. Для кристаллов с пирамидальными гранями угол отклонения может составлять 46°, что соответствует большому гало.

¶Классификация и основные виды гало

Разнообразие форм гало обусловлено комбинацией преломления и отражения света. К числу наиболее часто наблюдаемых разновидностей относятся:

• Малый круг (гало 22°) — светящееся кольцо вокруг светила с угловым радиусом около 22 градусов. Внутренний край кольца часто окрашен в красноватый цвет, внешний — в голубоватый.
• Большой круг (гало 46°) — более редкое кольцо большего радиуса, образующееся при прохождении света через грани, расположенные под прямым углом.
• Паргелии («ложные солнца») — яркие световые пятна по бокам от Солнца на одном уровне с ним, возникающие при преломлении света в горизонтально ориентированных пластинчатых кристаллах.
• Зенитная дуга — дуга, расположенная в верхней части неба, иногда называемая «перевёрнутой радугой» из-за яркой цветовой окраски.
• Световые столбы — вертикальные полосы света, наблюдаемые над или под источником света, возникающие при отражении света от горизонтальных граней кристаллов.
• Околозенитная дуга — дуга, касающаяся малого гало сверху, часто имеющая насыщенные цвета.
• Паргелический круг — горизонтальная световая полоса, проходящая через светило параллельно горизонту.

¶Условия наблюдения

Для возникновения гало необходимы перистые или перисто-слоистые облака, состоящие из ледяных кристаллов, либо ледяные туманы при низких температурах. Наиболее яркие и полные формы гало наблюдаются в холодное время года, особенно в высоких широтах. В России гало чаще всего фиксируются зимой в Сибири, на Урале и в северных регионах, где устойчивые морозы способствуют образованию кристаллических облаков.

Наблюдение гало не требует специального оборудования, однако для защиты глаз при наблюдении явлений, связанных с Солнцем, необходимо использовать затемнённые фильтры. Лунные гало безопасны для зрения и могут наблюдаться невооружённым глазом.

¶Отличие от других оптических явлений

Гало следует отличать от венцов — цветных кругов малого радиуса, возникающих при дифракции света на каплях воды, и от радуги, формируемой преломлением света в каплях дождя. В отличие от радуги, гало не имеет строгой последовательности цветов и часто бывает бесцветным или слабоокрашенным. Кроме того, гало всегда связано с ледяными кристаллами, тогда как радуга — с жидкими каплями.

¶Значение и применение

Наблюдения гало используются в метеорологии как индикатор наличия перистых облаков и приближения тёплого атмосферного фронта, поскольку такие облака часто предшествуют изменению погоды. В народной культуре гало исторически воспринимались как предзнаменования, однако научное объяснение явления было дано в XVII–XVIII веках. Систематическое изучение гало в России связано с работами метеорологов и физиков, исследовавших оптические свойства атмосферы.

¶Источники

• Зверева С. В. «В мире солнечного света».
• Миннарт М. «Свет и цвет в природе».
• Тверской П. Н. «Курс метеорологии».