Ореол

Ореол — это оптическое явление, возникающее в атмосфере и представляющее собой светящееся кольцо, дугу, пятно или столб вокруг источника света, чаще всего вокруг Солнца или Луны. Ореолы образуются в результате преломления, отражения или дифракции света на кристаллах льда, содержащихся в перистых облаках или тумане, а также на каплях воды. В более широком смысле термин «ореол» используется в фотографии, живописи, биологии и других науках для обозначения светящейся области вокруг объекта.

Физическая природа и механизмы образования

Ореолы относятся к классу атмосферных оптических явлений, наряду с радугой, гало и венцами. Основной причиной их возникновения является взаимодействие света с мельчайшими частицами в атмосфере.

Преломление и отражение в кристаллах льда

Наиболее распространённый тип ореола — гало — образуется при прохождении солнечного или лунного света через перистые облака, состоящие из шестиугольных кристаллов льда. Форма и ориентация кристаллов определяют внешний вид ореола. Например:

• Малый круг (22° гало) — наиболее частое явление, кольцо радиусом около 22° вокруг Солнца или Луны. Возникает при преломлении света в кристаллах с углом 60°.
• Большой круг (46° гало) — более редкое кольцо радиусом около 46°, образуется при преломлении в кристаллах с углом 90°.
• Солнечные столбы — вертикальные световые столбы, возникающие при отражении света от горизонтально ориентированных плоских кристаллов льда.
• Паргелии (ложные солнца) — яркие световые пятна по бокам от Солнца, часто наблюдаемые вместе с малым кругом.

Дифракция на каплях воды

Ореолы также могут возникать при дифракции света на каплях воды в тумане или облаках. В этом случае образуются венцы — концентрические цветные кольца вокруг источника света, обычно с голубоватым оттенком внутри и красноватым снаружи. Венцы характерны для тонких слоистых облаков или тумана.

Рассеяние света

В некоторых случаях ореол может быть связан с рассеянием света на частицах пыли, дыма или аэрозолей. Например, в загрязнённой атмосфере вокруг Солнца может наблюдаться беловатый ореол — результат рассеяния Ми на крупных частицах.

Классификация ореолов

В метеорологии и оптике ореолы классифицируют по нескольким признакам:

История наблюдений и изучения

Ореолы известны человечеству с древности. В летописях и хрониках разных народов упоминаются «солнечные кресты», «три солнца» и другие необычные явления, которые часто интерпретировались как знамения.

• Античность и Средневековье: Аристотель в «Метеорологике» описал некоторые виды гало, но объяснял их отражением от облаков. В средневековой Европе ореолы связывали с божественными или дьявольскими знаками.
• XVII век: Французский философ и учёный Рене Декарт впервые дал научное объяснение гало, связав его с преломлением света в ледяных кристаллах.
• XVIII–XIX века: Систематические наблюдения и классификация ореолов были проведены немецким физиком Иоганном Генрихом Ламбертом и французским астрономом Франсуа Араго. В 1820 году Араго опубликовал первую подробную классификацию атмосферных оптических явлений.
• XX век: Развитие метеорологии и физики атмосферы позволило создать математические модели образования ореолов. В 1920-х годах советский физик Василий Оболенский разработал теорию гало на основе кристаллографии.
• Современность: Изучение ореолов продолжается в рамках атмосферной оптики. Используются компьютерные симуляции, данные со спутников и наземные наблюдения. В 2010-х годах было открыто несколько новых типов гало, например, «сумеречные лучи» и «кольца Бугера».

Ореол в фотографии и живописи

В изобразительном искусстве и фотографии термин «ореол» используется для обозначения светящейся области вокруг объекта, часто создаваемой эффектом рассеяния света или специальной обработкой.

• Живопись: В иконописи ореол (нимб) изображается вокруг головы святых как символ святости. В эпоху Возрождения художники использовали световые ореолы для придания фигурам объёма и божественного сияния (например, у Рафаэля или Леонардо да Винчи).
• Фотография: В фотографии ореол может возникать как нежелательный артефакт при съёмке против света (контровой свет) или при использовании некачественной оптики. Однако в художественной фотографии ореол используется как выразительное средство для создания эффекта «светящегося» объекта. Техника «ореол» часто применяется в портретной и пейзажной съёмке при обработке в графических редакторах (например, в Adobe Photoshop — фильтр «Ореол» или «Glow»).

Ореол в биологии и медицине

В биологии термин «ореол» используется для описания светлых или тёмных зон вокруг биологических структур.

• Ботаника: У некоторых растений (например, у подорожника) вокруг листьев может наблюдаться светлый ореол, связанный с выделением эфирных масел или особенностями строения клеток.
• Микробиология: В микробиологии ореолом называют зону просветления вокруг колонии микроорганизмов на питательной среде, возникающую в результате выделения антибиотиков или ферментов (например, при тесте на антибиотикорезистентность).
• Медицина: В рентгенологии и радиологии ореол — это светлая зона вокруг патологического образования (например, опухоли или кисты), которая может указывать на воспалительный процесс или отёк тканей. В офтальмологии ореолы (гало) вокруг источников света могут быть симптомом катаракты, глаукомы или других заболеваний глаз.

Ореол в астрономии

В астрономии ореолы наблюдаются вокруг звёзд, планет и галактик.

• Звёздные ореолы: При наблюдении ярких звёзд через телескоп или невооружённым глазом может возникать ореол, вызванный рассеянием света в атмосфере Земли или в оптике прибора. Этот эффект называется «астрономический ореол» или «дифракционный ореол».
• Планетарные ореолы: У некоторых планет (например, у Венеры) при наблюдении с Земли может быть виден ореол, связанный с рассеянием света в их атмосфере.
• Галактические ореолы: В астрофизике ореолом называют разреженную область вокруг галактики, состоящую из тёмной материи, горячего газа или старых звёзд. Например, галактический ореол Млечного Пути содержит шаровые скопления и потоки звёзд.

Интересные факты

• Самое известное гало в истории — «Солнечный крест», наблюдавшийся в 1535 году в Швеции, которое было интерпретировано как предзнаменование Реформации.
• В 2012 году в Москве было зафиксировано редкое гало — «околозенитная дуга», которая выглядит как перевёрнутая радуга.
• В некоторых культурах ореолы вокруг Луны считались предвестниками дождя или снега, что имеет научное обоснование: перистые облака, вызывающие гало, часто предшествуют тёплому фронту.
• В фотографии эффект ореола часто имитируется с помощью специальных светофильтров (например, «soft focus» или «diffusion»).
• В биологии ореол вокруг колонии бактерий используется для идентификации видов: например, у золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) на кровяном агаре образуется зона гемолиза — светлый ореол.

Источники

• Аристотель. «Метеорологика». IV век до н. э.
• Декарт Р. «Рассуждение о методе». 1637.
• Оболенский В. Н. «Атмосферная оптика». 1927.
• Линч Д. К., Ливингстон У. «Оптика атмосферы». 1995.
• Большая советская энциклопедия. Статья «Гало». 3-е издание.
• Научно-популярный журнал «Наука и жизнь». № 5, 2010. «Оптические явления в атмосфере».
• ГОСТ Р 54521-2011. «Оптика атмосферная. Термины и определения».